CN220250966U - 一种颗粒全景三维形貌分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种颗粒全景三维形貌分析仪，支架顶部设有X轴直线运动模组，支架中部设有工作台；X轴直线运动模组滑块上设有Y轴直线运动模组，Y轴直线运动模组滑块上设有感测高度调整模组；感测高度调整模组上下两端分别与上激光轮廓传感器、下激光轮廓传感器连接；工作台设置在上激光轮廓传感器、下激光轮廓传感器的对称面上；工作台为平整透明平台；X向电机和/或Y向电机外接编码器，用于触发上激光轮廓传感器和下激光轮廓传感器。本实用新型通过X轴直线运动模组和Y轴直线运动模组，实现上、下激光轮廓传感器在二维平面进行蛇形运动，从而对放置于透明工作台上的颗粒做全景扫描，进而获得准确的颗粒全景三维形貌及粒度信息等。

Description

一种颗粒全景三维形貌分析仪

技术领域

本实用新型涉及三维形貌分析领域，具体为一种颗粒全景三维形貌分析仪。

背景技术

工业领域，为保障产品的工作性能及加快生产进程和稳定产品质量，正确测量产品形貌至关重要。例如，制备沥青混合料及混凝土等工程材料的颗粒原料，其性质尤其是形态特征对工程材料工作性能有着重要影响。当前颗粒三维形貌分析，存在只采用单镜头采集信息，只能获得颗粒部分形貌的弊端，以及形貌信息是基于仿真所获得的结果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种颗粒全景三维形貌分析仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种颗粒全景三维形貌分析仪，包括支架，支架顶部设有X轴直线运动模组，支架中部设有工作台；X轴直线运动模组滑块上设有Y轴直线运动模组，Y轴直线运动模组滑块上设有感测高度调整模组；感测高度调整模组上下两端分别与上激光轮廓传感器、下激光轮廓传感器连接；工作台设置在上激光轮廓传感器、下激光轮廓传感器的对称面上；工作台为平整透明平台；X向电机和/或Y向电机外接编码器，用于触发上激光轮廓传感器和下激光轮廓传感器；X轴直线运动模组、Y轴直线运动模组两端安装有限位器。

所述X轴直线运动模组和Y轴直线运动模组与工作台平行，且在水平面上正交。

工作台设置在支撑座上，支撑座下方设置升降电机及升降丝杠所组成的升降结构；支撑座设置在转轴上，转轴的两端架设在支架上，转轴由转轴电机驱动进行旋转。

上激光轮廓传感器与下激光轮廓传感器安装于同一个感测高度调整模组底座上，保证扫描时的同步性。

上激光轮廓传感器与下激光轮廓传感器为线激光轮廓传感器。

上激光轮廓传感器与下激光轮廓传感器均为多个，在空间不同角度安装。

所述高度调整模组采用左右旋滚珠丝杠，可通过手动或者电机同步调节激光轮廓传感器相对或者相反运动。

本实用新型包含以下优点：

本实用新型可全景扫描颗粒，精确地确定颗粒的三维形貌，但适用范围不限于颗粒。

本实用新型采用激光轮廓传感器，直接获得颗粒三维数据，而非间接获取。

本实用新型整体采用上下结构，分别安装上传感器与下传感器，可以同时开启对颗粒进行扫描，也可根据使用需求单独开启进行颗粒信息的采集。

本实用新型激光轮廓传感器安装在同一个感测高度调整模组底座上，保证扫描时的同步性。

本实用新型感测高度调整模组底座采用左右旋滚珠丝杠，可同步调整激光轮廓传感器扫描距离，满足不同尺寸颗粒的测量。

本实用新型采用大尺寸工作台，可放置更多的物料。

本实用新型可获得颗粒纹理、粗糙度、厚度、球形度、针片度等三维信息。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的结构主视示意图；

图3为本实用新型的结构侧视示意图；

图4为本实用新型的结构俯视示意图；

图5为激光轮廓传感器感测距离与颗粒尺寸相对关系示意图；

图6为扫描拼接获得的灰度图；

图7为扫描拼接获得的高度图；

图8为显示图；

图9为一种工作台高度调整及旋转结构的示意图；

图中：1、支架；2、工作台；21、支撑座；22、转轴；23、导柱导套；24、升降电机；25、升降丝杠；26、转轴电机；3、颗粒；4、X轴直线运动模组；5、Y轴直线运动模组；6、感测高度调整模组；61、感测高度调整模组底座；62、直线导轨；63、上激光轮廓传感器座；64、左右旋滚珠丝杠；65、下激光轮廓传感器座；7、上激光轮廓传感器；71、感测区域；8、下激光轮廓传感器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅附图，本实用新型包括支架1，支架1顶部设有X轴直线运动模组4，支架1中部设有工作台2；X轴直线运动模组4滑块上设有Y轴直线运动模组5，Y轴直线运动模组5滑块上设有感测高度调整模组6；感测高度调整模组6上下两端分别与上激光轮廓传感器7、下激光轮廓传感器8连接。工作台2为平整透明平台，所述X轴直线运动模组4和Y轴直线运动模组5与工作台2平行，且在水平面上正交；X向电机和/或Y向电机外接编码器，用于触发上激光轮廓传感器7和下激光轮廓传感器8。

X轴直线运动模组4包括导轨、X向电机、X向电机驱动的丝杠及与所述丝杠配合的滑块组成；X向电机为步进电机或伺服电机驱动，Y轴直线运动模组5的结构与X轴直线运动模组4相同；感测高度调整模组6由步进电机、伺服电机驱动或手动调节，Y轴直线运动模组5滑块与感测高度调整模组底座6-1刚性连接，感测高度调整模组底座6-1上设有直线导轨6-2，直线导轨上设有上激光轮廓传感器座6-3和下激光轮廓传感器座6-5，上激光轮廓传感器座6-3和下激光轮廓传感器座6-5均设置丝母并与左右旋滚珠丝杠6-4连接。上激光轮廓传感器座6-3上设有上激光轮廓传感器7，感测方向向下，下激光轮廓传感器座6-5上设有下激光轮廓传感器8，感测方向向上。左右旋滚珠丝杠6-4由步进电机、伺服电机驱动或手动进行旋转；

工作台2可以在高度方向上调节位移；调节的方法可采用通用的机械式方法，如工作台设置在支撑座21上，支撑座下方设置升降电机24及升降丝杠25所组成的升降结构；

为了能够实现对颗粒的360度扫描，还可以将支撑座设置在转轴22上，转轴的两端架设在支架1上，转轴可以由转轴电机26驱动进行旋转。

上激光轮廓传感器7与下激光轮廓传感器8为对置安装，可扫描颗粒三维形貌信息。

上激光轮廓传感器7与下激光轮廓传感器8安装于同一个感测高度调整模组底座6-1上，保证扫描时的同步性。

X轴直线运动模组4和Y轴直线运动模组5可以带动激光轮廓传感器扫描工作台区域。

在其中一个具体实施例中，上激光轮廓传感器7与下激光轮廓传感器8为线激光轮廓传感器。

本实用新型感测高度调整模组底座6-1采用左右旋滚珠丝杠6-4，可同步调整激光轮廓传感器扫描距离，满足不同尺寸颗粒的测量。

本实用新型X轴直线运动模组4的滑块可带动安装在上面的负载沿X轴做直线运动，Y轴直线运动模组5的滑块可带动安装在上面的负载沿Y轴做直线运动，调节左右旋滚珠丝杠6-4可同步使上激光轮廓传感器7和下激光轮廓传感器8相向或相反运动。

工作原理：应用时,工作台2水平放置，将待测颗粒3均匀放置在工作台2上表面，先调节激光轮廓传感器7、8工作距离，再调节工作台2高度，保持激光轮廓传感器7、8工作距离中心大约处于最高的待测颗粒一半高度处，即H/2处，如图5所示。X轴直线运动模组4和Y轴直线运动模组5复位到零点，如图4所示。随后X轴直线运动模组4带动激光轮廓传感器7、8沿X轴做直线运动，同时对颗粒3进行形貌扫描，X轴到达固定行程后，Y轴直线运动模组5带动激光轮廓传感器7、8沿Y轴移动一个略大于激光轮廓传感器扫描宽度的固定距离，随后X轴直线运动模组4带动激光轮廓传感器7、8沿X轴相反方向做直线运动，同时对颗粒3进行形貌扫描，重复上述动作，直至将工作台2上的颗粒全部扫描完毕。

只开启上激光轮廓传感器或下激光轮廓传感器时：

激光轮廓传感器发射的线激光，投射到物体表面时，会发生漫反射，此时图像传感器捕获投射在物体表面的激光线信息，一次静态捕获可以得到Y，Z两个方向的数据；当激光轮廓传感器沿X方向移动时，就可以获得X方向连续的数据，通过这些数据就可以重构颗粒表面的轮廓信息。

激光线宽度为w1，Y轴直线运动模组带动激光轮廓传感器移动一次的距离为w2，w1>w2。每次都将激光轮廓传感器沿X轴运动一个固定行程后，所获得的二维轮廓宽度剪切为w2，再与之前运动完固定行程后，所获得的的二维轮廓进行拼接。

上、下激光轮廓传感器同时开启时:

对工作平台建立坐标系、划分区域、进行编号。将上、下探测器获得的

颗粒轮廓面上的点云数据在工作平台上的位置坐标进行对比，由于硬件精度或颗粒的位移，小部分数据可能存在误差，需将其舍弃。最后，通过软件和算法将获得的数据拟合，进而获得颗粒的全景形貌。

实施例一

本实施例提供单独开启上激光轮廓扫描仪时颗粒全景三维形貌扫描、拼接方法，包括以下步骤：

步骤1：确定扫描区域范围：

直线运动模组两端安装有限位器，用于限制模组运动的上限和下限。软件自动执行模组运动上限和下限的确认过程如下：

X方向下限：启动模组往下限方向运动，触发下限位，模组停止，读取模组绝对值编码器数值，即为X向下限位坐标；

X方向上限：启动模组往上限方向运动，触发上限位，模组停止，读取模组绝对值编码器数值，即为X向上限位坐标；

Y方向下限：启动模组往下限方向运动，触发下限位，模组停止，读取模组绝对值编码器数值，即为Y向下限位坐标；

Y方向上限：启动模组往上限方向运动，触发上限位，模组停止，读取模组绝对值编码器数值，即为Y向上限位坐标。

步骤2：规划扫描行数、扫描宽度：

根据扫描区域范围计算X向扫描宽度、Y向扫描宽度；

根据轮廓传感器型号、轮廓传感器安装高度、拼接缓冲量等计算轮廓传感器扫描宽度；

用Y向扫描宽度除以轮廓传感器扫描宽度，结果向上取整即为扫描行数。

步骤3：执行扫描：

X向电机外接编码器，用于触发上激光轮廓传感器7和下激光轮廓传感器8；

X向模组每运动固定距离(如20μm)，外接编码器触发一次轮廓传感器采集一次数据；

轮廓传感器每触发一次，获取一组数据，数据间点间隔(如25μm)和总宽度(如25μm*3200点＝80mm)由传感器型号决定。每点的数据值为高度值。一次采集结果，就是一条线上的高度值；

轮廓传感器从一行的起点运行到终点，会形成一系列的数据。将这一系列结果按顺序组合到一起，就形成一个矩形区域的高度值；

按照前步的计算结果，执行各行扫描，就会得到各行的高度值。

步骤4：图像拼接：

通过各行数据间的坐标关系，去除各行数据间的重合部分，将各行数据拼接在一起，形成整个区域的高度值，即为高度图像，如图7所示；

激光轮廓传感器获取高度值的同时也会获取对应位置的灰度值，即为灰度图像，如图6所示。

将图6灰度图像和图7高度图像融合，获得最终的显示图像，如图8所示。

通过图7，运用图像处理算法提取颗粒的三维信息。

当然，也可以首先扫描X方向的数据，然后再扫描Y方向，在Y向电机外接编码器，用于触发上激光轮廓传感器7和下激光轮廓传感器8。

实施例二

下激光轮廓传感器开启时执行与上激光轮廓传感器同样的扫描、拼接动作。

实施例三

当需要对颗粒进行360度扫描时，可采用旋转支撑座，进而旋转工作台的方法，对颗粒进行多角度扫描。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种颗粒全景三维形貌分析仪，包括支架，其特征在于：支架顶部设有X轴直线运动模组，支架中部设有工作台；X轴直线运动模组滑块上设有Y轴直线运动模组，Y轴直线运动模组滑块上设有感测高度调整模组；感测高度调整模组上下两端分别与上激光轮廓传感器、下激光轮廓传感器连接；工作台设置在上激光轮廓传感器、下激光轮廓传感器的对称面上；工作台为平整透明平台；X向电机和/或Y向电机外接编码器，用于触发上激光轮廓传感器和下激光轮廓传感器；X轴直线运动模组、Y轴直线运动模组两端安装有限位器。

2.根据权利要求1所述的颗粒全景三维形貌分析仪，其特征在于：所述X轴直线运动模组和Y轴直线运动模组与工作台平行，且在水平面上正交。

3.根据权利要求1所述的颗粒全景三维形貌分析仪，其特征在于：上激光轮廓传感器与下激光轮廓传感器安装于同一个感测高度调整模组底座上，保证扫描时的同步性。

4.根据权利要求1所述的颗粒全景三维形貌分析仪，其特征在于：上激光轮廓传感器与下激光轮廓传感器为线激光轮廓传感器。

5.根据权利要求1所述的颗粒全景三维形貌分析仪，其特征在于：上激光轮廓传感器与下激光轮廓传感器均为多个，在空间不同角度安装。

6.根据权利要求1所述的颗粒全景三维形貌分析仪，其特征在于：所述高度调整模组采用左右旋滚珠丝杠，可通过手动或者电机同步调节激光轮廓传感器相对或者相反运动。