CN205580389U - 一种具有驱动切换电路的光学三维测量设备 - Google Patents

Abstract

一种具有驱动切换电路的光学三维测量设备，包括串并联驱动机构、转动平台，串并联驱动机构包括第一丝杆电机、第二丝杆电机；转动平台包括转台、伺服电机，伺服电机通过一导向机构驱动转台绕垂直于水平面的平台中心轴转动。还包括一控制系统，且所述控制系统连接控制所述第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机，所述控制系统包括一控制电路，驱动切换电路，用于在所述转速控制电路非正常断电时，向第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机输出用于维持正常停转的相应转速驱动信号，本实用新型即可实现全场无死角全自动三维测量。

Description

一种具有驱动切换电路的光学三维测量设备

技术领域

本实用新型涉及一种测量设备，更确切地说是一种具有驱动切换电路的光学三维测量设备。

背景技术

在基于面阵结构光投影的三维测量系统中，由于工作空间的局限以及物体遮挡和视觉景深等物理约束，要实现点云数据的完整获取则必须从多个视角对被测物体进行测量。现有的测量方法主要通过固定测量设备姿态，调整被测物姿态，或者移动测量设备姿态，调整被测物姿态来实现多视角图像采集，这两种方法都可实现多视角测量，但两者都存在工作空间小，对表面形貌复杂的被测物，容易产生测量死角等问题，并且对于后者，如果被测物非刚体或者存在非刚性装配关系，被测物的姿态调整可能会影响其内部结构关系，导致测量结果具有较大误差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有驱动切换电路的光学三维测量设备，其可以解决现有技术中的上述缺点。

本实用新型采用以下技术方案：

一种具有驱动切换电路的光学三维测量设备，其包括串并联驱动机构、转动平台，串并联驱动机构包括第一丝杆电机、第二丝杆电机，转动平台包括转台、第三伺服电机，第三伺服电机通过一导向机构驱动转台绕垂直于水平面的平台中心轴转动；还包括一控制系统，且所述控制系统连接控制所述第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机，所述控制系统包括一控制电路，且所述控制电路包括：

电机供电电路，用于为第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机供电，所述电机供电电路包括：包括MOS管Q101，其漏极与二极管D101的阳极相连后接主电源，二极管D101的阴极与电阻R103的一端相连，电阻R103的另一端与三极管Q102的基极相连，三极管Q102的发射极接地，三极管Q102的集电极通过电阻R102与MOS管Q101的栅极相连，还包括稳压二极管Z101，其阳极与MOS管Q101的栅极相连，其阴极与MOS管Q101的源极相连；

电机转速控制电路，用于控制第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机转速,电机转速控制电路包括控制电路、驱动电路和制动电路，所述控制电路的控制端与所述驱动电路的输入端连接；

所述控制电路，用于输出对应PWM控制信号至所述驱动电路，所述驱动电路，用于根据所述PWM控制信号控制转速，所述制动电路包括电阻R206、电阻R207、电阻R208、电阻R209、电阻R210、二极管D204、电容C202、开关管Q204及开关管Q205；其中，所述二极管D204的阳极与所述控制电路的控制端连接，所述二极管D204的阴极与所述电阻R206的第一端连接；所述电阻R206的第二端经所述电阻R207接地；所述电容C202并联于所述电阻R207两端；所述开关管Q204的受控端经所述电阻R208与所述电阻R206的第一端连接，所述开关管Q204的输入端经所述电阻R209与所述电源VCC1的输出端连接，所述开关管Q204的输出端接地；所述电阻R210的第一端与所述开关管Q204的输入端连接，所述电阻R210的第二端与所述开关管Q205的受控端连接；所述开关管Q205的输入端与所述开关管Q202的输出端连接，所述开关管Q205的输出端接地；

电机转速检测电路，用于检测转速，并将检测的转速反馈至所述转速控制电路，以形成对转速的闭环控制；

驱动切换电路，用于在所述转速控制电路非正常断电时，向第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机输出用于维持正常停转的相应转速驱动信号,所述驱动切换电路包括电阻R402，电阻R401；第三光耦U401；第三光耦U401二极管侧阳极通过电阻R401连接于第二电源，三极管侧集电极通过所述电阻R401接VCC，三极管侧发射极接地；二极管D402的阳极连接于所述光耦U401的三极管侧集电极。

串并联驱动机构还包括第一水平导向轴、第二水平导向轴，左侧滑块、右侧滑块，第一左移动副、第二左移动副，第一右移动副、第二右移动副，第一左转动副、第二左转动副，第一中转动副、第二中转动副，第一右转动副、第二右转动副，设备固定平台，第一右侧连杆、第二右侧连杆，左侧滑块通过第一左移动副、第二左移动副连接到第一水平导向轴和第二水平导向轴上，右侧滑块通过第一右移动副、第二右移动副连接到第一水平导向轴和第二水平导向轴上，左侧滑块和设备固定平台通过第一左转动副、第二左转动副相连接，右侧滑块和第一右侧连杆、第二右侧连接杆分别通过第一右转动副和第二右转动副相连接，设备固定平台和第一右侧连杆和第二右侧连接杆分别通过第一中转动副、第二中转动副相连接，第一丝杆电机驱动左侧滑块沿水平导向轴移动，第二丝杆电机驱动右侧滑块沿水平导向轴移动。

还包括限流电阻R101，其一端分别与电阻R102、稳压二极管Z101的阳极相连，其另一端与稳压二极管Z101的阴极相连。

所述电机转速检测电路包括信号检测电路、微分电路、定时器电路和缓冲电路。

本实用新型的优点是：用户可以规划特定的测量视角组，以及串并联机构和转动平台之间的运动配合关系，开发特定的控制系统对机构的标定、运动、数据处理进行耦合，转台可以在0～360°范围内绕中心轴转动，测量设备在串并联驱动机构的控制下，测量视角可以在测量设备中心轴与转动平台中心轴的夹角0～90°的范围内选取，在被测物自身没有严格死角的条件下其表面的各部分均可被测量到，这样，本实用新型即可实现全场无死角全自动三维测量。

附图说明

下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的控制系统的框图。

图3是本实用新型的电机供电电路的电路图。

图4是本实用新型的电机转速检测电路的电路图。

图5是本实用新型的电机转速控制电路的电路图。

图6是本实用新型的驱动切换电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本实用新型的具体实施方式：

如图1所示，一种具有电机转速控制电路的光学三维测量设备，其包括串并联驱动机构、转动平台，串并联驱动机构包括第一丝杆电机M1、第二丝杆电机M3，第一水平导向轴2、第二水平导向轴3，左侧滑块1、右侧滑块6，第一左移动副P1、第二左移动副P1’，第一右移动副P2、第二右移动副P2’，第一左转动副R1、第二左转动副R1’，第一中转动副R2、第二中转动副R2’，第一右转动副R3、第二右转动副R3’，设备固定平台4，第一右侧连杆7、第二右侧连杆8，左侧滑块1通过第一左移动副P1、第二左移动副P1’连接到第一水平导向轴和第二水平导向轴上，右侧滑块6通过第一右移动副P2、第二右移动副P2’连接到第一水平导向轴和第二水平导向轴上，左侧滑块和设备固定平台4通过第一左转动副R1、第二左转动副R1’相连接，右侧滑块和第一右侧连杆、第二右侧连接杆分别通过第一右转动副R3和第二右转动副R3’相连接，设备固定平台和第一右侧连杆和第二右侧连接杆分别通过第一中转动副、第二中转动副相连接，第一丝杆电机驱动左侧滑块沿水平导向轴移动，第二丝杆电机M3驱动右侧滑块沿水平导向轴移动；转动平台包括转台5、第三伺服电机M2，第三伺服电机通过一导向机构驱动转台绕垂直于水平面的平台中心轴转动。

所述的转动平台和串并联机构运动相互独立，二者由支撑机构耦合在一起，整个机构上下两部分只有支撑装配关系。

如图2所示，还包括一控制系统，且所述控制系统连接控制所述第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机，所述控制系统包括一控制电路，且所述控制电路包括：电机供电电路100，用于为第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机供电；电机转速控制电路200，用于控制第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机转速；电机转速检测电路300，用于检测转速，并将检测的转速反馈至所述转速控制电路，以形成对转速的闭环控制；驱动切换电路，用于在所述转速控制电路非正常断电时，向第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机输出用于维持正常停转的相应转速驱动信号。

如图3所示，电机供电电路包括MOS管Q101，其漏极与二极管D101的阳极相连后接主电源，二极管D101的阴极与电阻R103的一端相连，电阻R103的另一端与三极管Q102的基极相连，三极管Q102的发射极接地，三极管Q102的集电极通过电阻R102与MOS管Q101的栅极相连，MOS管Q101的源极分别与冗余电源、负载的一端相连，负载的另一端接地，三极管Q102的基极为1脚，三极管Q102的发射极为2脚，三极管Q102的集电极为3脚。

还包括稳压二极管Z101，其阳极与MOS管Q101的栅极相连，其阴极与MOS管Q101的源极相连，稳压二极管Z101用于防止MOS管Q101的栅极和源极之间电压过高而击穿MOS管Q101，将电压钳位在稳压值。本发明还包括限流电阻R101，其一端分别与电阻R102、稳压二极管Z101的阳极相连，其另一端与稳压二极管Z101的阴极相连。

在主电源正常工作情况下，主电源通过二极管D101和电阻R103给三极管Q102的基极和发射极加压，三极管Q102导通，电阻R102接主电源的负极，此时，主电源对MOS管Q101的漏极和栅极供电，MOS管Q101导通，主电源对负载供电，冗余电源不工作；当主电源反接时，三极管Q102的电压反转，关闭，MOS管Q101的控制电压反转，MOS管Q101关闭输出，主电源供电回路关断；当主电源回路无输入时，此时冗余电源开始供电，MOS管Q101的源极为冗余电源的正向电压，经电阻R101和电阻R102分压，MOS管Q101的栅源极之间加压，MOS管Q101关闭；同时由于二极管D101不能反向导通，MOS管Q101关断，所以冗余电源工作时电流无法经由MOS管Q101倒灌进主电源

如图4所示，所述电机转速检测电路包括信号检测电路、微分电路、定时器电路和缓冲电路，所述信号检测电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1和芯片IC1，所述微分电路包括与非门G2、与非门G3和电容C2，所述定时器电路包括芯片IC2和电容C3，所述缓冲电路包括芯片IC3、电阻R10和电容C5；所述电阻R1的一端连接电源U1，电阻R1的另一端连接芯片IC1的1引脚，芯片IC1的2引脚连接电阻R2，芯片IC1的3引脚连接电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1的正极、三极管VT1的发射极、芯片IC2的5引脚和芯片IC3的4引脚并接地，电阻R2的另一端连接电阻R3和电容C1的另一端，电阻R3的另一端连接电阻R5、二极管D1的负极和三极管VT1的基极，三极管VT1的集电极连接电阻R4和与非门G1的两个输入端，与非门G1的输出端连接电阻R5的另一端、与非门G2的两个输入端和与非门G3的一个输入端，与非门G2的输出端G2连接电容C2的另一端和与非门G3的另一个输入端，与非门G3的输出端连接电阻R7，电阻R7的另一端连接电阻R8和芯片IC2的2引脚，电阻R4的另一端连接电阻R9、三极管VT2的发射极、芯片IC2的4引脚和芯片IC2的8引脚，三极管VT2的集电极连接电阻R6和电位器RP1的一个固定端，电阻R6的另一端连接电位器RP2的一个固定端、电位器RP1的另一个固定端、电位器RP1的滑动端、二极管D2的负极、三极管VT2的基极和电源U2，二极管D2的正极接地，电位器RP2的另一固定端连接电阻R12和电位器RP2的滑动端，电阻R12的另一端连接表头A，表头A的另一端连接电阻R10、电容C5和芯片IC3，芯片IC2的3引脚连接与非门G4的两个输入端，芯片IC2的7引脚连接电阻R9、电容C3的另一端和芯片IC2的6引脚，与非门G4的输出端连接电阻R11，电阻R11的另一端连接电容C4的另一端和芯片IC3的2引脚，芯片IC3的1引脚连接电阻R10的另一端和电容C5的另一端，芯片IC3的3引脚连接电源U2。

芯片IC1为UGN3040型霍尔传感器，芯片IC2为555计时器，芯片IC3为UA741型高增益放大器。电源U1为9V直流电，电源U2为5V直流电。与非门G1-G5均为74LS00型二输入与非门芯片。本实用新型传感器采集到电机转子的转速信号传输给由三极管VT1和与非门G1组成了施密特触发器，施密特触发器将转速信号进行整形处理后传输给微分电路，微分电路将转速电信号转换成脉冲波形式传输给555计时器，555计时器及其附属电路组成单稳态电路，555计时器的3脚输出高电平给与非门G4，与非门G4、电阻R11和电容C4将输出信号进行积分后送入放大器IC3，放大器将信号进行放大后送入表头A，表头A可以将转速信号直观的反映出来，计时电路不仅提高了精确度，而且增加了系统的集成度，转速信号通过表头直观的反映出来，方便快捷，集成度高、制作成本低、计数精准、使用方便的优点。

如图5所示，电机转速控制电路，用于控制第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机转速,电机转速控制电路包括控制电路和驱动电路，所述控制电路的控制端与所述驱动电路的输入端连接；所述控制电路，用于输出对应PWM控制信号至所述驱动电路，所述驱动电路，用于根据所述PWM控制信号控制转速，所述驱动电路包括电源VCC1、电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、电阻R205、开关管Q201、开关管Q202、开关管Q203、电容C201、二极管D201、二极管D202、二极管D203及稳压管Z201；其中，所述开关管Q201的输入端与所述电源VCC1的输出端连接，所述开关管Q201的受控端与所述二极管D201的阴极连接，所述开关管Q201的输出端与所述稳压管Z201的阳极连接；所述电阻R201并联于所述开关管Q201的受控端与输入端之间；所述二极管D201的阳极经所述电阻R202与所述控制电路的控制端连接；所述二极管D202的阳极与所述开关管Q201的输出端连接，所述二极管D202的阴极与所述开关管Q201的受控端连接；所述稳压管Z201的阴极经所述电阻R203与所述开关管Q202的受控端连接；所述二极管D203的阳极与所述电源VCC1的输出端连接，所述二极管D203的阴极经所述电阻R204与所述稳压管Z201的阴极连接；所述电容C201并联于所述稳压管Z201两端；所述开关管Q203的输入端与所述开关管Q201的受控端连接，所述开关管Q203的受控端经所述电阻R205与所述电阻R202和所述二极管D201阳极的公共端点连接，所述开关管Q203的输出端接地；所述开关管Q202的输入端与所述电源VCC1的输出端连接；所述开关管Q202的输出端与所述电机的第一端连接。

开关管Q201和开关管Q203采用NPN型三极管，开关管Q202采用P沟道MOS管。在控制电路201输出PWM控制信号为高电平时，开关管Q203导通，开关管Q201的受控端电压被拉低，开关管Q201关断。电源VCC1的15V电压经所述二极管D203、电阻R204、稳压管Z201、二极管D202及开关管Q203流入地，此时稳压管Z201阴极电压约为8.2V，电阻R203为开关管Q202的栅极电阻，开关管Q202的受控端电压也为8.2V，同时开关管Q202的输入端电压为15V，因此开关管Q202导通，电源VCC1通过所述开关管Q202给电机供电，电机正常工作。

在控制电路201输出PWM控制信号为低电平时，开关管Q203关断，开关管Q201导通，此时开关管Q202的受控端电压为23.2V，开关管Q202未达到导通条件，因此开关管Q202关断，电源VCC1停止给电机供电。

所述电机转速控制电路包括用于加快电机停止的制动电路；所述制动电路包括电阻R206、电阻R207、电阻R208、电阻R209、电阻R210、二极管D204、电容C202、开关管Q204及开关管Q205；其中，所述二极管D204的阳极与所述控制电路的控制端连接，所述二极管D204的阴极与所述电阻R206的第一端连接；所述电阻R206的第二端经所述电阻R207接地；所述电容C202并联于所述电阻R207两端；所述开关管Q204的受控端经所述电阻R208与所述电阻R206的第一端连接，所述开关管Q204的输入端经所述电阻R209与所述电源VCC1的输出端连接，所述开关管Q204的输出端接地；所述电阻R210的第一端与所述开关管Q204的输入端连接，所述电阻R210的第二端与所述开关管Q205的受控端连接；所述开关管Q205的输入端与所述开关管Q202的输出端连接，所述开关管Q205的输出端接地。

在本实施例中，所述开关管Q204为NPN型三极管，开关管Q205为N沟道MOS管，在控制电路输出PWM控制信号为高电平的时候，高电平经二极管D204给电容C202充电，并经过电阻R208使得开关管Q204导通，开关管Q205的受控端电压被拉低为0V，开关管Q205关断，此时对电机不进行制动。

在控制电路输出PWM控制信号为低电平的时候，由于PWM控制信号的低电平持续时间为毫秒级的，电容C202存储有电能，电阻R207的阻值较大，电容C202通过电阻R207缓慢放电，并通过电阻R206及电阻R208给开关管Q204提供维持导通的电压，使得此时制动电路不工作。

在控制电路的控制端不输出PWM控制信号时，控制电路的控制端一直为低电平，在电容C202中存储的电能耗尽时，开关管Q204关断，此时开关管Q205受控端为15V电压，开关管Q205导通，电机的第一端输入电压被拉低，因此电机停止工作，制动电路起作用。

所述驱动电路还包括电容C208及电容C209，所述电容C208的第一端与所述电源VCC1的输出端连接，所述电容C208的第二端接地；所述电容C209并联于所述电容C208的两端。所述电容C208及电容C209用于对所述电源VCC1输出电压进行滤波稳压。所述驱动电路还包括二极管D205，所述二极管D205的阴极与所述电源VCC1连接，所述二极管D205的阳极与所述开关管Q202的输出端连接。需要说明的是，在电机制动时，所述电源VCC1停止给电机供电，此时电机由于惯性继续转动，并产生反相电动势，二极管D205对开关管Q202的输入端与输出端进行钳位，以防止开关管Q202被电机产生的反相电动势烧坏。所述制动电路还包括二极管D206，所述二极管D206的阴极与所述电机的第一端连接，所述二极管D205的阳极与所述电机的第二端连接。需要说明的是，在电机进行制动时，由于电机中的感性元件中存储有电能，通过所述二极管D206与电机中绕组形成的回路将电机中储存的能量消耗掉。

电机转速控制电路中的控制电路根据预设的电流频率脉冲信号与电机转速的对应关系输出对应的PWM控制信号，以调整电机转速，由于采用了闭环控制，从而可以保持实时调整电机转速以保持电机转速的恒定，提高了电机转速的稳定性。

如图6所示，驱动切换电路，用于在所述转速控制电路非正常断电时，向第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机输出用于维持正常停转的相应转速驱动信号,驱动切换电路包括电阻R402，电阻R401；第三光耦U401；二极管侧阳极通过所述电阻R401连接于所述第二电源，三极管侧集电极通过所述电阻R401接所述VCC，三极管侧发射极接地；二极管D402，所述D402的阳极连接于所述光耦U401的三极管侧集电极。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有驱动切换电路的光学三维测量设备，其特征在于，其包括串并联驱动机构、转动平台，串并联驱动机构包括第一丝杆电机、第二丝杆电机，转动平台包括转台、第三伺服电机，第三伺服电机通过一导向机构驱动转台绕垂直于水平面的平台中心轴转动；还包括一控制系统，且所述控制系统连接控制所述第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机，所述控制系统包括一控制电路，且所述控制电路包括：

电机供电电路，用于为第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机供电，所述电机供电电路包括：包括MOS管Q101，其漏极与二极管D101的阳极相连后接主电源，二极管D101的阴极与电阻R103的一端相连，电阻R103的另一端与三极管Q102的基极相连，三极管Q102的发射极接地，三极管Q102的集电极通过电阻R102与MOS管Q101的栅极相连，还包括稳压二极管Z101，其阳极与MOS管Q101的栅极相连，其阴极与MOS管Q101的源极相连；

电机转速控制电路，用于控制第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机转速,电机转速控制电路包括控制电路、驱动电路和制动电路，所述控制电路的控制端与所述驱动电路的输入端连接；

所述控制电路，用于输出对应PWM控制信号至所述驱动电路，所述驱动电路，用于根据所述PWM控制信号控制转速，所述制动电路包括电阻R206、电阻R207、电阻R208、电阻R209、电阻R210、二极管D204、电容C202、开关管Q204及开关管Q205；其中，所述二极管D204的阳极与所述控制电路的控制端连接，所述二极管D204的阴极与所述电阻R206的第一端连接；所述电阻R206的第二端经所述电阻R207接地；所述电容C202并联于所述电阻R207两端；所述开关管Q204的受控端经所述电阻R208与所述电阻R206的第一端连接，所述开关管Q204的输入端经所述电阻R209与所述电源VCC1的输出端连接，所述开关管Q204的输出端接地；所述电阻R210的第一端与所述开关管Q204的输入端连接，所述电阻R210的第二端与所述开关管Q205的受控端连接；所述开关管Q205的输入端与所述开关管Q202的输出端连接，所述开关管Q205的输出端接地；

电机转速检测电路，用于检测转速，并将检测的转速反馈至所述转速控制电路，以形成对转速的闭环控制；

驱动切换电路，用于在所述转速控制电路非正常断电时，向第一丝杆电机、第二丝杆电机及第三伺服电机输出用于维持正常停转的相应转速驱动信号,所述驱动切换电路包括电阻R402，电阻R401；第三光耦U401；第三光耦U401二极管侧阳极通过电阻R401连接于第二电源，三极管侧集电极通过所述电阻R401接VCC，三极管侧发射极接地；二极管D402的阳极连接于所述光耦U401的三极管侧集电极。

2.根据权利要求1所述的具有驱动切换电路的光学三维测量设备，其特征在于，串并联驱动机构还包括第一水平导向轴、第二水平导向轴，左侧滑块、右侧滑块，第一左移动副、第二左移动副，第一右移动副、第二右移动副，第一左转动副、第二左转动副，第一中转动副、第二中转动副，第一右转动副、第二右转动副，设备固定平台，第一右侧连杆、第二右侧连杆，左侧滑块通过第一左移动副、第二左移动副连接到第一水平导向轴和第二水平导向轴上，右侧滑块通过第一右移动副、第二右移动副连接到第一水平导向轴和第二水平导向轴上，左侧滑块和设备固定平台通过第一左转动副、第二左转动副相连接，右侧滑块和第一右侧连杆、第二右侧连接杆分别通过第一右转动副和第二右转动副相连接，设备固定平台和第一右侧连杆和第二右侧连接杆分别通过第一中转动副、第二中转动副相连接，第一丝杆电机驱动左侧滑块沿水平导向轴移动，第二丝杆电机驱动右侧滑块沿水平导向轴移动。

3.根据权利要求2所述的具有驱动切换电路的光学三维测量设备，其特征在于，还包括限流电阻R101，其一端分别与电阻R102、稳压二极管Z101的阳极相连，其另一端与稳压二极管Z101的阴极相连。

4.根据权利要求3所述的具有驱动切换电路的光学三维测量设备，其特征在于，所述电机转速检测电路包括信号检测电路、微分电路、定时器电路和缓冲电路。