CN204902783U - 基于结构光的实时测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于结构光的实时测量设备，包括：转盘，转盘的下方设有步进电机，步进电机转轴与转盘同轴固定，步进电机还耦接有控制电路，投影仪，设置在转盘的一侧，两个照相机，分别设置在投影仪的两侧，计算机，耦接于投影仪和两个照相机。本实用新型的基于结构光的实时测量设备，通过投影仪和两个照相机的设置，就可以有效的对被测物体某一角度进行点云采集，通过转盘的设置就可以有效的改变被测物体相对于投影仪和两个照相机的角度，这样就能够很好采集点云数据到计算机里面进行处理了。

Description

基于结构光的实时测量设备

技术领域

本实用新型涉及一种光学测量仪器，更具体的说是涉及一种基于结构光的实时测量设备。

背景技术

自动化在现代制造业中具有重要的意义，在三维测量领域，获取物体的精确模型的步骤主要包括有点云数据的获取以及拼接。

其中，点云数据的获取主要包括有激光扫描与光栅式测量，而光栅式测量由于其精度高、大量程以及简易化、抗干扰能力强等特性得到了广泛的应用。结构光法的基本思想就是利用光栅图的信息来帮助提取物体中的几何信息，得到物体的与摄像机镜头的距离，再通过系统标定求得物体在世界坐标系中的三维坐标。

点云拼接主要用于将不同视角下测得的物体点云统一到一个坐标系下，问题的关键是坐标变换参数的求取。在实际测量过程中点云，拼接一般分粗拼接和精确拼接两步。粗拼接大致将不同坐标系下点云对准到同一坐标系下，常用的方法有转台法、标签法和曲面特征法等。其中转台法对测量设备的要求较高，定位精度一般不易保证，其拼合精度取决于转台中心轴线的精确标定。而标记点的设置比较繁琐，标志点的识别和定位会带来精度损失，且干扰了被测形貌自身特征，影响测量的真实性。曲面特征法则要求点云有较明显的特征，利用曲面特征寻找点云间的对应关系。一般粗拼接很难满足精度要求，精确拼接方法常用的迭代最近点(ICP)算法。其中确立对应点集为ICP算法的关键，决定了算法的收敛速度与最终的拼接精度。传统的基于点到点距离的ICP算法在迭代过程中容易引入错误对应点，效率与精度都难以满足实际需求。

由于粗拼接导致的错误点会对ICP算法的精确拼接产生较大的影响，因而国内外主要的三维测量仪器主要依赖于标签法，即通过人为的干预提高粗拼接的精度，也因此影响了测量的速度以及自动化程度。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种测量和拼接时不依赖标志点，且效率高的基于结构光的实时测量设备。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种基于结构光的实时测量设备，包括：

转盘，转盘的下方设有步进电机，步进电机转轴与转盘同轴固定，步进电机还耦接有控制电路，用于放置被测物体并驱动被测物体转动以获得各个角度；

投影仪，设置在转盘的一侧，以向转盘上的被测物体提供测量背景；

两个照相机，分别设置在投影仪的两侧，以对转盘上的被测物体进行图像采集；

计算机，耦接于投影仪和两个照相机，以对投影仪和两个照相机获取到的点云数据进行拼接和显示。

通过采用上述技术方案，通过投影仪的设置，就可以有效的向转盘上的被测物体提供测量背景，通过两个照相机的设置就可以对被测物体在测量背景中进行点云数据采集，通过计算机的数据就可以有效的对采集到的点云数据进行拼接和成形，这样就完成了被测物体一个角度的测量，在上述完成之后，转盘带动着被测物体旋转，换一个角度重复，这样就可以自动有效的将一个物体测量完成，相比于现有技术中需要人手动的去改变物体的角度，导致测量效率降低的问题，本实用新型通过转盘的设置就可以自动改变角度，大大的提升了测量效率，步进电机具有可以旋转一定角度的效果，所以用在这里就可以有效的通过步进电机带动转盘旋转不同的角度，这样就可以有效的实现自动改变被测物体角度的效果。

本实用新型进一步设置为：所述控制电路包括：

驱动电路，耦接于步进电机以驱动步进电机旋转；

主控电路，耦接于驱动电路，用以向驱动电路发送驱动指令；

通信电路，耦接于控制电路和计算机之间，用以建立控制电路与计算机之间的通信。

通过采用上述技术方案，通过通信电路的设置，人们就可以向主控电路内传输所需要的转盘的旋转方式，然后主控电路就会将这个旋转方式传输到驱动电路内，这样驱动电路就会驱动步进电机按照旋转方式进行旋转，进而带动转盘上的被测物体按照旋转方式进行旋转，这样就可以有效的完成步进电机带动转盘旋转的功能了。

本实用新型进一步设置为：所述驱动电路包括：

步进电机驱动器，该驱动器具有输入端和输出端，输入端与控制电路耦接，输出端与步进电机耦接，其中，输入端与控制电路之间还设有光耦合器。

通过采用上述技术方案，通过步进电机驱动器的设置，就可以有效的驱动步进电机了，就不需要其他额外的复杂电路来驱动步进电机了，同时通过光耦合器的设置，就可以实现一个光电隔离的作用，减少干扰信号对步进电机驱动器的影响。

本实用新型进一步设置为：所述主控电路包括：

主控芯片，该主控芯片具有I/O口和通信接口，I/O口与步进电机驱动器输入端耦接，通信接口与通信电路耦接，其中I/O口还耦接有开关组。

通过采用上述技术方案，通过主控芯片的设置，就可以通过I/O口来向步进电机驱动器发送驱动信号，通过通信接口的设置，就可以有效的与通信电路之间进行通信，以实现计算机能够向主控芯片发送信号的效果，通过开关组的设置就可以有效的实现一个手控的功能。

本实用新型进一步设置为：所述通信电路包括：

485通讯模块，该模块内具有USB接口，其通过USB接口与计算机耦接，还具有通信接口，该通信接口与主控芯片通信接口耦接。

通过采用上述技术方案，通过485模块内部的通信接口的设置，就可以有效的与主控芯片之间进行通信，而通过USB接口的设置，就可以有效的与计算机之间进行通信，这样就可以有效的实现计算机与主控芯片之间的通讯，人们就可以通过计算机给主控芯片内部输入旋转方式了。

附图说明

图1为本实用新型的基于结构光的实时测量设备的整体结构图；

图2为图1中的控制电路的电路图。

图中：1、转盘；2、投影仪；3、照相机；4、控制电路；41、驱动电路；42、主控电路；43、通信电路。

具体实施方式

参照图1所示，本实施例的一种基于结构光的实时测量设备，包括：

转盘1，转盘1的下方设有步进电机，步进电机转轴与转盘1同轴固定，步进电机还耦接有控制电路4，用于放置被测物体并驱动被测物体转动以获得各个角度；

投影仪2，设置在转盘1的一侧，以向转盘1上的被测物体提供测量背景；

两个照相机3，分别设置在投影仪2的两侧，以对转盘1上的被测物体进行图像采集；

计算机，耦接于投影仪2和两个照相机3，以对投影仪2和两个照相机3获取到的点云数据进行拼接和显示。

通过采用上述技术方案，在测量的时候，首先通过投影仪2投射背景到转盘1上，这样被测物体就会拥有测量背景，这时再通过两个照相机3采集被测物体的点云数据，并且在采集到以后发送到计算机内部，计算机就会对采集到点云数据进行拼接和整合，这时就可以完成对被测物体一个角度的测量，在一个角度测量完成以后，转盘1自动旋转一个角度，重复上述动作，就可以测量到另一个角度，转盘1继续旋转，继续重复上述动作，直到被测物体全方位测量完成，这样就可以达到一个自动测量被测物体的效果，相比于现有技术效率更高，更加的精确，同时这里的计算机、投影仪2和照相机3均为现有技术中常见的器件，故本实施例不再赘述。

以下对上述转盘1的运动过程做进一步详细解释。

参照图2所示，本实施例的控制电路4主要由驱动电路41、主控电路42和通信电路43组成，当使用测量设备之前，首先通过通信电路43向主控电路42内输入旋转方式，当需要驱动转盘1旋转的时候，主控电路42就会向驱动电路41发送信号，这时驱动电路41就会驱动步进电机旋转，这样就可以有效的完成对被测物体角度调整的效果。

其中上述的主控电路42主要由主控芯片构成，这里的主控芯片为可编程逻辑芯片，例如AT89C52系列的芯片，在计算机通过通信电路43，这里的通信电路43主要由485模块构成，因而在输入旋转方式的时候，计算机通过USB接口向485模块输入旋转方式数据，485模块再通过通信接口向主控芯片输入旋转方式数据，这样就可以有效的完成旋转方式的输入，当需要驱动步进电机旋转的时候，主控芯片通过I/O口发送到驱动电路41，这里的驱动电路41主要由步进电机驱动器组成，故旋转方式通过主控芯片的I/O输出到步进电机驱动器的I/O，这样就可以有效的将旋转方式输入到步进电机驱动器内，从而驱动步进电机旋转了，其中上述的步进电机驱动器与主控芯片之间的连接通过光耦合器连接，这样可以有效的增强抗干扰性能，同时还提供了开关组与主控芯片I/O口连接，以实现手动控制。

综上所述，本实用新型通过转盘1、投影仪2、照相机3和计算机的设置，就可以有效的实现一个自动采集和处理被测物体全方位数据的效果，相比于现有技术效率更高，精确度更高。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于结构光的实时测量设备，其特征在于：包括：

转盘，转盘的下方设有步进电机，步进电机转轴与转盘同轴固定，步进电机还耦接有控制电路，用于放置被测物体并驱动被测物体转动以获得各个角度；

投影仪，设置在转盘的一侧，以向转盘上的被测物体提供测量背景；

两个照相机，分别设置在投影仪的两侧，以对转盘上的被测物体进行图像采集；

计算机，耦接于投影仪和两个照相机，以对投影仪和两个照相机获取到的点云数据进行拼接和显示。

2.根据权利要求1所述的基于结构光的实时测量设备，其特征在于：所述控制电路包括：

驱动电路，耦接于步进电机以驱动步进电机旋转；

主控电路，耦接于驱动电路，用以向驱动电路发送驱动指令；

通信电路，耦接于控制电路和计算机之间，用以建立控制电路与计算机之间的通信。

3.根据权利要求2所述的基于结构光的实时测量设备，其特征在于：所述驱动电路包括：

步进电机驱动器，该驱动器具有输入端和输出端，输入端与控制电路耦接，输出端与步进电机耦接，其中，输入端与控制电路之间还设有光耦合器。

4.根据权利要求3所述的基于结构光的实时测量设备，其特征在于：所述主控电路包括：

主控芯片，该主控芯片具有I/O口和通信接口，I/O口与步进电机驱动器输入端耦接，通信接口与通信电路耦接，其中I/O口还耦接有开关组。

5.根据权利要求4所述的基于结构光的实时测量设备，其特征在于：所述通信电路包括：

485通讯模块，该模块内具有USB接口，其通过USB接口与计算机耦接，还具有通信接口，该通信接口与主控芯片通信接口耦接。