CN115115501B - 一种用于三维图像采集的数据采集设备及其采集方法 - Google Patents

一种用于三维图像采集的数据采集设备及其采集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于三维图像采集的数据采集设备及其采集方法，涉及可视化数据采集技术领域，解决现有人工对其进行拍照记录准确性较低、且全面性较低的技术问题，包括放置工件用的透明置物平台，透明置物平台底部设置有支撑座，支撑座的底部设置有底板，在底板的上设置有工业相机以及高度调节装置，在底板上设置有对中移动机构，对中移动机构用于调节机械臂末端工业相机与待采集物体间距,其中，高度调节装置升降调整工业相机的竖直高度，满足后续工业相机在不同高度下工业相机拍摄透明置物平台上的待采集的物体准确定位。

Description

一种用于三维图像采集的数据采集设备及其采集方法
技术领域
本发明涉及文物三维图像数据采集技术领域，更具体的是涉及一种用于三维图像采集的数据采集设备及其采集方法技术领域。
背景技术
文物的数字化记录具有非常重要的意义，在文物保护方面，对于大量正在受到腐蚀氧化的文物，可以在现阶段尽可能的在电脑上保留其原貌，在欣赏和研究方面，学者、爱好者和收藏家可以通过网络在任意地方和任意时间方便快捷的观赏和研究文物，并且不会对文物造成任何破坏，因此后续常见展示方式以三维立体建模展现，所以前期需要大量的图像数据收集。
然而，现有的对文物的处理一般由相关人员发掘后，人工对其进行检查，需要人工对其进行拍照记录，记录的位置与损坏程度也容易出错，准确性较低，大大影响了文物处理的效率以及准确性。
但现存在的缺陷在于，由于文物的特殊性和不可长时间触碰性，传统的一手拿着检测物品，一手拿着三维扫描仪的检测方式对于文物检测来说并不可取，发明人有鉴于此，提供了一种用于三维图像采集的数据采集设备及其采集方法。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于三维图像采集的数据采集设备及其采集方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种用于三维图像采集的数据采集设备，包括放置工件用的透明置物平台，所述透明置物平台底部设置有支撑座，所述透明置物平台与支撑座之间竖直设置有可伸缩负压真空支撑杆，所述可伸缩负压真空支撑杆的一端与透明置物平台连接，可伸缩负压真空支撑杆的另一端与支撑座连接，所述支撑座的底部设置有底板，所述支撑座安装在底板的中部，在底板上安装有高度调节装置，所述高度调节装置上安装有机械手臂，所述机械手臂的末端安装有工业相机；
所述高度调节装置包括第一安装板，在第一安装板上沿其竖直方向安装有第一导轨，在第一导轨的两端均设置有第一轴承座，两个第一轴承座均固定安装在第一安装板上，两个第一轴承座之间设置有第一丝杠，所述第一丝杠穿插在两轴承座上，且第一丝杠与两轴承座为转动连接，在第一安装板上安装有驱动第一丝杠沿其轴心线转动用的第一驱动电机，所述第一驱动电机与第一丝杠通过联轴器连接；
所述第一导轨上设置有第一滑块，所述第一滑块与第一导轨滑动连接，第一滑块与第一丝杠螺纹连接，第一滑块与机械手臂具有的基座固定连接。
作为一种优选的方案，所述第一滑块上开有配合第一丝杠用的第一螺纹孔，所述第一丝杠穿插在第一滑块的第一螺纹孔中。
作为一种优选的方案，在所述底板与第一安装板之间设置对中移动机构，对中移动机构用于调节高度调节装置与底板的中心间距，所述对中移动机构的顶部与高度调节装置的第一安装板连接，对中移动机构的底部与底板连接。
作为一种优选的方案，所述对中移动机构包括水平设置的第二安装板，第二安装板的底部连接在底板上，在第二安装板上水平安装有第二导轨，在第二导轨的两端均设置有第二轴承座，两个第二轴承座均固定安装在第二安装板上，两个第二轴承座之间设置有第二丝杠，所述第二丝杠穿插在两个第二轴承座上，且第二丝杠与两个第二轴承座为转动连接，在第二安装板上安装有驱动第二丝杠沿其轴心线转动用的第二驱动电机，所述第二驱动电机与第二丝杠通过联轴器连接；
所述第一安装板的底部具有梯形块，所述梯形块与第二丝杠螺纹配合，且梯形块的底部与第二导轨滑动配合。
作为一种优选的方案，所述梯形块的下方开有配合第二丝杠用的第二螺纹孔，所述第二丝杠穿插在梯形块的第二螺纹孔中。
作为一种优选的方案，所述底板上沿其透明置物平台圆周方向设置有三个对中移动机构，在每一个所述对中移动机构上安装有高度调节装置。
作为一种优选的方案，在所述底板上设置有控制台，所述控制台底部与底板连接，且控制台分别与第一驱动电机、第二驱动电机以及机械手臂的驱动元件信号连接。
一种适用于三维图像数据采集的采集方法，其步骤如下：
S1：手动放置待采集物体于透明置物平台的中心处；
S2：控制台的输入端输入置于玻璃之上的待采集物体的总高度，其总高度为玻璃上表面所在水平面相对地平高度与待采集物体最大轮廓尺寸之和；
S3：由控制台以构建采集点位球形网格虚拟模型；
S4：控制台构建采集点位球形网格虚拟模型生成数据采集点，并对数据采集点进行分区编号，且在控制台的储存模块中创建以采集点位编号命名的文件夹；
S5：设备操作人员设定每个机械臂的采集点位起点及采集方向顺序，再由控制台的生成各机械臂的运动路径，控制台最终控制工业相机依次到达各采集点对物体体表数据特征信息进行采集。
作为一种优选的方案，在S3步骤中，设备操作人员启动控制台的干涉确认功能，判断当前运动路径执行过程中是否发生干涉，是，则重新设定每个机械臂的采集点位起点及采集方向顺序，再由控制台的生成新的各机械臂的运动路径；否，则继续沿预定的运动路径执行。
作为一种优选的方案，设备操作人员点击执行确认的“无干涉运动路径”，“全点采集”模式下，各机械臂末端按该路径依次停在各采集点位进行工业相机采集数据，并对工业相机在每个点位产生的采集数据都传输至控制台中的储存模块中，且存储在采集点位编号对应命名的文件夹中。
本发明的有益效果如下：
1.本发明中，为了对安装在机械手臂端部的工业相机在拍摄时就其高度予以调整，继而设计有高度调节装置，通过高度调节装置升降调整工业相机的竖直高度，满足后续工业相机在不同高度下工业相机拍摄透明置物平台上的待采集的物体，以此对应为后续的文物三维信息提供更多地数据；其高度调节装置具体竖直调节方式为：第一丝杠以第一轴承座作为支撑，在第一驱动电机驱动下第一丝杠自身旋转，推动与之螺纹连接的第一滑块在第一导轨上竖向滑动，而机械手臂又与第一滑块上下竖直移动，所以带动连接在机械手臂末端的工业相机一同上下移动，最终实现对工业相机的高度调节。
2.本发明中，设置的对中移动机构对高度调节装置以及与高度调节装置连接的机械手臂整体予以移动，移动方向为底板水平面、且向底板的中心处移动，通过调整工业相机水平位置来最终调整工业相机距离文物中心的间距，在高度调节装置升降调整工业相机的竖直高度基础上实现工业相机水平调整。
3.为了对透明置物平台上的文物实现其全部圆周视角的三维数据采集，因此在底板上沿其透明置物平台圆周方向设置有三个对中移动机构，三个对中移动机构分布在透明置物平台周围，并在每一个所述对中移动机构上安装有高度调节装置，高度调节装置各安装一个机械手臂，并在每一个机械手臂上个安装一个工业相机，继而多个工业相机同时进行采集，提升整体采集的文物三维数据的效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的对中移动机构结构示意图；
图3是本发明的高度调节装置结构示意图；
图4是本发明的其中一个工业相机模块负责采集区域内为球心所构建采集点位球形网格虚拟模型示意图;
附图标记：1-底板、2-控制台、3-高度调节装置、4-对中移动机构、5-机械手臂、6-透明置物平台、7-可伸缩负压真空支撑杆、8-支撑座、9-第一驱动电机、10-第一丝杠、11-第一安装板、12-第一滑块、13-第一导轨、14-第一轴承座、15-第二驱动电机、16-第二轴承座、17-第二安装板、18-第二滑块、19-第二丝杠、20-第二导轨。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，说明书中“对于待采集物体不限于以下物品：文物、艺术品、标本、藏品等需要留存图像数据的物体均可适用”。
实施例1
如图1-图4所示，本实施例提供一种用于三维图像采集的数据采集设备，包括放置工件用的透明置物平台6，所述透明置物平台6底部设置有支撑座8，所述透明置物平台6与支撑座8之间竖直设置有可伸缩负压真空支撑杆7，所述可伸缩负压真空支撑杆7的一端与透明置物平台6连接，可伸缩负压真空支撑杆7的另一端与支撑座8连接，所述支撑座8的底部设置有底板1，所述支撑座8安装在底板1的中部，在底板1上安装有高度调节装置3，所述高度调节装置3上安装有机械手臂5，所述机械手臂5的末端安装有工业相机；
所述高度调节装置3包括第一安装板11，在第一安装板11上沿其竖直方向安装有第一导轨13，在第一导轨13的两端均设置有第一轴承座14，两个第一轴承座14均固定安装在第一安装板11上，两个第一轴承座14之间设置有第一丝杠10，所述第一丝杠10穿插在两轴承座上，且第一丝杠10与两轴承座为转动连接，在第一安装板11上安装有驱动第一丝杠沿其轴心线转动用的第一驱动电机9，所述第一驱动电机9与第一丝杠10通过联轴器连接；
所述第一导轨13上设置有第一滑块12，所述第一滑块12与第一导轨13滑动连接，第一滑块12与第一丝杠10螺纹连接，第一滑块12与机械手臂5具有的基座固定连接。
上述结构中，为了对安装在机械手臂5端部的工业相机在拍摄时就其高度予以调整，继而设计有高度调节装置3，通过高度调节装置3升降调整工业相机的竖直高度，满足后续工业相机在不同高度下工业相机拍摄透明置物平台6上的文物，以此对应为后续的文物三维信息提供更多地数据；其高度调节装置3具体竖直调节方式为：第一丝杠10以第一轴承座14作为支撑，在第一驱动电机9驱动下第一丝杠10自身旋转，推动与之螺纹连接的第一滑块12在第一导轨13上竖向滑动，而机械手臂5又与第一滑块12，所以第一滑块12连接的机械手臂5一同上下移动，继而最终实现对工业相机的高度调节。
优选地，所述第一滑块12上开有配合第一丝杠10用的第一螺纹孔，所述第一丝杠10穿插在第一滑块12的第一螺纹孔中；
其中，如图1可见，其可伸缩负压真空支撑杆7具体可设置两组，而两组可伸缩负压真空支撑杆交替升降工作，一组有三根支撑杆，支撑杆顶部接触玻璃处为具有良好形状匹配性能海绵密封胶条及NBR贴面的真空负压吸盘；机械臂采集置物平台下半部分角度时，相机模块在其中一组支撑杆及邻近位置对待采集物进行采集前为避开该组支撑杆对拍摄画面的遮挡，待另一组支撑柱升高就位启动真空吸附后，断开影响采集该组支撑柱的真空吸附，实现避让。
实施例2
本实施例基于上一实施例的基础上开展，如图1-图4所示，在底板1与第一安装板11之间设置对中移动机构4，对中移动机构4用于调节高度调节装置3与底板1的中心间距，所述对中移动机构4的顶部与高度调节装置3的第一安装板11连接，对中移动机构4的底部与底板1连接，设置的对中移动机构对高度调节装置3以及与高度调节装置3连接的机械手臂5整体予以移动，移动方向为底板1水平面、且向底板1的中心处移动，通过调整工业相机水平位置来最终调整工业相机距离文物中心的间距，在高度调节装置3升降调整工业相机的竖直高度基础上实现工业相机水平调整；
作为一种优选的方案，所述对中移动机构4包括水平设置的第二安装板17，第二安装板17的底部连接在底板1上，在第二安装板17上水平安装有第二导轨20，在第二导轨20的两端均设置有第二轴承座16，两个第二轴承座16均固定安装在第二安装板17上，两个第二轴承座16之间设置有第二丝杠19，所述第二丝杠19穿插在两个第二轴承座16上，且第二丝杠19与两个第二轴承座16为转动连接，在第二安装板17上安装有驱动第二丝杠19沿其轴心线转动用的第二驱动电机15，所述第二驱动电机15与第二丝杠19通过联轴器连接；所述第一安装板11底部与第二丝杠19螺纹配合，第一安装板11与第二导轨20滑动配合。
优选地，所述第一安装板11的底部具有梯形块，所述梯形块与第二丝杠19螺纹配合，且梯形块的底部与第二导轨20滑动配合。
为了对透明置物平台6上的文物实现其全部圆周视角的三维数据采集，因此在底板1上沿其透明置物平台6圆周方向设置有三个对中移动机构4，三个对中移动机构4分布在透明置物平台6周围，并在每一个所述对中移动机构4上安装有高度调节装置3，高度调节装置3各安装一个机械手臂5，并在每一个机械手臂5上个安装一个工业相机，继而多个工业相机同时进行采集，提升整体采集的文物三维数据的效率，其中，透明置物平台6具体采用透明玻璃材质。
实施例3
本本实施例基于上一实施例的基础上开展，如图1-图4所示，在所述底板1上设置有控制台2，所述控制台2底部与底板1连接，且控制台2分别与第一驱动电机9、第二驱动电机15以及机械手臂5的驱动元件信号连接，具体的采集数据的步骤如下：
A:手动放置待采集物体于透明置物平台6的中心处；
B:控制台将其中一个机械臂手臂的末端带着工业相机模块运动至玻璃中心正上方；
C:工业相机模块跟着机械臂腕部进行持续水平旋转的同时不断细微调整待采集物体放置位置至其最大轮廓尺寸中心刚好置于玻璃中心；
D: 在控制台端输入置于玻璃之上的待采集物体的垂直高度H以及最大轮廓尺寸D，玻璃上表面所在水平面相对地平高度值为h；
E:在控制台端输入采集点位密度选档代码以及工业相机对焦距离；
F：上位机自动计算生成以玻璃中轴线上对地高度(h+H/2) 处作为球心构建采集点位球形网格虚拟模型、类似经纬网格；
G:控制台对生成的采集点位球形网格，上每一个采集点位进行分区编号如:
1U5V2(1:1号机械臂采集区域、U5:U方向5号轴、V2:V方向2号轴)；
1U4V2(1:1号机械臂采集区域、U4:U方向4号轴、V2:V方向2号轴)；
1U3V2(1:1号机械臂采集区域、U3:U方向3号轴、V2:V方向2号轴)；
1U1V1(1:1号机械臂采集区域、U1:U方向1号轴、V1:V方向1号轴)；
1U1V2(1:1号机械臂采集区域、U1:U方向1号轴、V2:V方向2号轴)；
H:设备操作人员设定每个机械臂的采集点位起点及采集方向顺序，系统由此生成各机械臂的运动路径；
I:设备操作人员启动干涉确认功能，判断当前运动路径执行过程中是否发生干涉(若“是”则重新进行H步骤)；
J:设备操作人员点击执行确认的“无干涉运动路径”，“全点采集”模式下，各机械臂末端按该路径依次停在各采集点位进行工业相机采集工作(工业相机在每个点位产生的采集数据都传输存储至点位编号对应命名的文件夹中)；
K:若某些点位需要单独进行独立采集，则在“单点采集”模式下输入目标采集点位编号，如“1U5V2"，收到信号的下位机发出命令控制相关驱动，机械臂末端运动至该采集点位即可进行采集;若某些轴位需要单独进行独立采集，则在“单轴采集”模式下输入目标采集轴位编号，如“U5”轴位，)即可进行采集。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于三维图像采集的数据采集设备，其特征在于，包括放置工件用的透明置物平台(6)，所述透明置物平台(6)底部设置有支撑座(8)，所述透明置物平台(6)与支撑座(8)之间竖直设置有可伸缩负压真空支撑杆(7)，所述可伸缩负压真空支撑杆(7)的一端与透明置物平台(6)连接，可伸缩负压真空支撑杆(7)的另一端与支撑座(8)连接，所述支撑座(8)的底部设置有底板(1)，所述支撑座(8)安装在底板(1)的中部，在底板(1)上安装有高度调节装置(3)，所述高度调节装置(3)上安装有机械手臂(5)，所述机械手臂(5)的末端安装有工业相机；
所述高度调节装置(3)包括第一安装板(11)，在第一安装板(11)上沿其竖直方向安装有第一导轨(13)，在第一导轨(13)的两端均设置有第一轴承座(14)，两个第一轴承座(14)均固定安装在第一安装板(11)上，两个第一轴承座(14)之间设置有第一丝杠(10)，所述第一丝杠(10)穿插在两轴承座上，且第一丝杠(10)与两轴承座为转动连接，在第一安装板(11)上安装有驱动第一丝杠(10)沿其轴心线转动用的第一驱动电机(9)，所述第一驱动电机(9)与第一丝杠(10)通过联轴器连接；
所述第一导轨(13)上设置有第一滑块(12)，所述第一滑块(12)与第一导轨(13)滑动连接，第一滑块(12)与第一丝杠(10)螺纹连接，第一滑块(12)与机械手臂(5)具有的基座固定连接；
在所述底板(1)与第一安装板(11)之间设置对中移动机构(4)，对中移动机构(4)用于调节高度调节装置(3)与底板(1)的中心间距，所述对中移动机构(4)的顶部与高度调节装置(3)的第一安装板(11)连接，对中移动机构(4)的底部与底板(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于三维图像采集的数据采集设备，其特征在于，所述第一滑块(12)上开有配合第一丝杠(10)用的第一螺纹孔，所述第一丝杠(10)穿插在第一滑块(12)的第一螺纹孔中。
3.根据权利要求1所述的一种用于三维图像采集的数据采集设备，其特征在于，所述对中移动机构(4)包括水平设置的第二安装板(17)，第二安装板(17)的底部连接在底板(1)上，在第二安装板(17)上水平安装有第二导轨(20)，在第二导轨(20)的两端均设置有第二轴承座(16)，两个第二轴承座(16)均固定安装在第二安装板(17)上，两个第二轴承座(16)之间设置有第二丝杠(19)，所述第二丝杠(19)穿插在两个第二轴承座(16)上，且第二丝杠(19)与两个第二轴承座(16)为转动连接，在第二安装板(17)上安装有驱动第二丝杠(19)沿其轴心线转动用的第二驱动电机(15)，所述第二驱动电机(15)与第二丝杠(19)通过联轴器连接；
所述第一安装板(11)的底部具有梯形块，所述梯形块与第二丝杠(19)螺纹配合，且梯形块的底部与第二导轨(20)滑动配合。
4.根据权利要求3所述的一种用于三维图像采集的数据采集设备，其特征在于，所述梯形块的下方开有配合第二丝杠(19)用的第二螺纹孔，所述第二丝杠(19)穿插在梯形块的第二螺纹孔中。
5.根据权利要求3所述的一种用于三维图像采集的数据采集设备，其特征在于，所述底板(1)上沿其透明置物平台(6)圆周方向设置有三个对中移动机构(4)，在每一个所述对中移动机构(4)上安装有高度调节装置(3)。
6.根据权利要求3所述的一种用于三维图像采集的数据采集设备，其特征在于，在所述底板(1)上设置有控制台(2)，所述控制台(2)底部与底板(1)连接，且控制台(2)分别与第一驱动电机(9)、第二驱动电机(15)以及机械手臂(5)的驱动元件信号连接。
7.一种用于三维图像采集的数据采集方法，其特征在于，根据权利要求6所述的数据采集设备进行采集图像数据的步骤如下：
S1：手动放置待采集物体于透明置物平台(6)的中心处；
S2：控制台(2)的输入端输入置于玻璃之上的待采集物体的总高度，其总高度为玻璃上表面所在水平面相对地平高度与待采集物体最大轮廓尺寸之和；
S3：由控制台(2)以构建采集点位球形网格虚拟模型；
S4：控制台(2)构建采集点位球形网格虚拟模型生成数据采集点，并对数据采集点进行分区编号，且在控制台(2)的储存模块中创建以采集点位编号命名的文件夹；
S5：设备操作人员设定每个机械臂的采集点位起点及采集方向顺序，再由控制台(2)生成各机械臂的运动路径，控制台(2)最终控制工业相机依次到达各采集点对物体体表数据特征信息进行采集。
8.根据权利要求7所述的一种用于三维图像采集的数据采集方法，其特征在于，在S3步骤中，设备操作人员启动控制台(2)的干涉确认功能，判断当前运动路径执行过程中是否发生干涉，是，则重新设定每个机械臂的采集点位起点及采集方向顺序，再由控制台(2)生成新的各机械臂的运动路径；否，则继续沿预定的运动路径执行。
9.根据权利要求8所述的一种用于三维图像采集的数据采集方法，其特征在于，设备操作人员点击执行确认的“无干涉运动路径”，“全点采集”模式下，各机械臂末端按该路径依次停在各采集点位进行工业相机采集数据，并对工业相机在每个点位产生的采集数据都传输至控制台(2)中的储存模块中，且存储在采集点位编号对应命名的文件夹中，排队输出并处理，完成对待采集物体的数字三维重建。
CN202211038187.5A 2022-08-29 2022-08-29 一种用于三维图像采集的数据采集设备及其采集方法 Active CN115115501B (zh)

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