CN2589935Y

CN2589935Y - 便携式光栅投影三维轮廓测量仪

Info

Publication number: CN2589935Y
Application number: CN02292534U
Authority: CN
Inventors: 蒋庄德; 李兵; 田爱玲; 黄梦涛
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2012-12-27

Abstract

本实用新型公开了一种便携式光栅投影三维轮廓测量仪，包括与三角支架相连接的测头壳体，在测头壳体的两侧对称设置有CCD摄像机，测头壳体的中部固定有光栅投影系统，三角支架上设置有测量头位置调整基座，测头壳体通过连接拖板与测量头位置调整基座相连，在测量头位置调整基座上还设置有步进电机，步进电机通过步进电机电缆与步进电机驱动器相连接。光学测量头的光栅投影系统由计算机进行控制，而CCD摄像机与计算机系统内的图像采集卡相连组成图像采集处理系统，测量头可通过设置在测量头位置调整基座上的步进电机和丝杠调整光学测量头的测量位置，测量精度高，测量效率高，工程简便。

Description

便携式光栅投影三维轮廓测量仪

一、技术领域

本实用新型涉及一种三维轮廓测量仪器，特别涉及一种便携式光栅投影三维轮廓测量仪。

二、背景技术

由于反求工程概念的提出，使得光电非接触三维轮廓测量设备的研究成为焦点，目前主要有以下几种测量方法：1、激光单点测量法，由于此方法一次只能测量一个点，测量精度高，但效率极低，且只适合于测量静态物体；2、激光线扫描法(简称光切法)，这种方法是单线扫描，与单点测量比较效率较高，测量精度较高，工程实现简便，是目前比较成熟的方法。但此方法对被测物体实现全场扫描测量时，必须借助三坐标测量机的运动方能实现，且也只适用于测量静态物体；3、莫尔条纹法，此方法是将变形的栅像与周期相同的参考光栅叠加，利用观察到的图样描绘出物体的等高线，它属于全场测量，可以测量动态物体，但测量精度不高，装置复杂，离实际应用尚有一段距离。

三、发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种测量精度高，测量效率高，工程实现简便，适合于测量任何形状物体轮廓的便携式光栅投影三维轮廓测量仪。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括与三角支架相连接的测头壳体，在测头壳体的两侧对称设置有CCD摄像机，其特点是，在测头壳体的中部固定有光栅投影系统，三角支架上设置有测量头位置调整基座，测头壳体通过连接拖板与测量头位置调整基座相连，在测量头位置调整基座上还设置有步进电机，步进电机通过步进电机电缆与步进电机驱动器相连接。

本实用新型的另一特点是：测量头位置调整基座上还设置有与步进电机相连接的丝杠，丝杠上设置有与连接拖板相连接的螺母；测量头位置调整基座上还设置有导轨，连接拖板上还设置有与导轨相配套的导轨滑块；CCD摄像机通过视频信号电缆与计算机的图像采集卡相连；光栅投影系统通过信号电缆与计算机的控制接口卡相连接；步进电机驱动器通过信号电缆与计算机的控制接口卡相连。

由于本实用新型的光学测量头的光栅投影系统由计算机进行控制，而CCD摄像机与计算机系统内的图像采集卡相连组成图像采集处理系统，测量头可通过设置在测量头位置调整基座上的步进电机和丝杠调整光学测量头的测量位置，测量精度高，测量效率高，工程简便。

四、附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型的整体结构示意图；

图3是本实用新型测量头位置调整基座10的结构示意图。

五、具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本实用新型包括一含有图像采集卡16的计算机1和由光栅投影系统11、CCD摄像机12组成的光学测量头，光栅投影系统11由计算机1控制以改变光栅的大小和间距；光栅投影像投影到物体上，被CCD摄像机12通过图像采集卡16存储到计算机1中，计算机1中的图像采集卡16通过视频信号电缆与光学测量头中的CCD摄像机12相连。

参见图1，2，3，本实用新型包括与三角支架7相连接的测头壳体13，在测头壳体13的两侧对称设置有CCD摄像机12，CCD摄像机12通过视频信号电缆与计算机1的图像采集卡16相连，在测头壳体13的中部固定有通过信号电缆与计算机1的控制接口卡14相连接的光栅投影系统11，在三角支架7上设置有测量头位置调整基座10，测头壳体13通过连接拖板6与测量头位置调整基座10相连，在测量头位置调整基座10上还设置有步进电机3，步进电机3通过步进电机电缆与步进电机驱动器2相连接，步进电机驱动器2通过信号电缆与计算机1的控制接口卡15相连，测量头位置调整基座10上还设置有与步进电机3相连接的丝杠4，丝杠4上设置有与连接拖板6相连接的螺母5，测量头位置调整基座10上还设置有导轨9，连接拖板6上还设置有与导轨9相配套的导轨滑块8。

本实用新型在使用中，首先打开计算机1和光栅投影系统11的电源，把光栅条纹投影到参考面上，光栅投影系统11由计算机1控制，投影光栅的光栅常数可根据被测物体的形状随意改变，再用CCD摄像机12摄取参考面上的条纹投影图像，利用计算机1中的图像采集卡16把图像数据存储到计算机1中；然后放上被测物体到测量光场范围内，光栅投影系统11把光栅图像投影到被测物体上，被测物体上的条纹图发生变形，微调测量头位置调整基座10的位置，待操作人员认为被测物体上变形条纹位置合适后，再用CCD摄像机12摄取被测物体上这幅变形的条纹图，CCD摄像机12输出的视频模拟信号，通过计算机1中的图像采集卡16将模拟信号转变为计算机可处理的数字信号存储到计算机1中；最后用计算机1对这两幅图进行适当的数据处理，得到被测物体的面形轮廓。

由于光栅投影测量法为一非线性测量方法，系统中的CCD轴心与光栅线的夹角无法精确得到，因此不能通过直接计算的方法求得测量结果。装置完成后，需要对测量系统进行精确标定，建立测量空间物理坐标与CCD靶面坐标之间的点一点对应关系，求出映射函数，这样便可以得到CCD靶面上任一点所对应的空间物理坐标值。

测量时被测物体应位于测量范围内，此时CCD摄像机15摄取的是经被测物体表面轮廓调制的光栅图像信息，此图像信息经图像卡存储到计算机1中，然后经过数据处理得到被测物体三维轮廓表面被测点的物理坐标值。在CAD软件内可以重构被测物体的三维自由曲面，并提供标准数据格式输出。在先进制造技术应用中，快速成型系统或CNC系统可依据得到的数据加工出自由曲面的实体。

本实用新型采用对称与投影光栅布置的双CCD结构，减小了测量死角，扩大测量范围。另外，本测量仪体积小，便于携带，可在不需要任何平台(如三坐标测量机，数控机床)支援下，用户可随意移动光学测量头，把光学测量头安装到三角架上，在任何地方都可以做高速测量。整个测量过程是把光栅图像投影到被测物体上，用CCD摄像机对光栅投影图像进行自动影像摄取，将图像数据存储到计算机内，再经计算机处理分析图像，产生物体的三维轮廓数据。整个测量时间在数秒之内。该仪器主要是针对人体面部轮廓测量设计的，只需采集一副图像。也可以测量其他类型的物体，如模具、零件外形、汽车、大型雕塑等。

Claims

1、一种便携式光栅投影三维轮廓测量仪，包括与三角支架[7]相连接的测头壳体[13]，在测头壳体[13]的两侧对称设置有CCD摄像机[12]，其特征在于：在测头壳体[13]的中部固定有光栅投影系统[11]，三角支架[7]上设置有测量头位置调整基座[10]，测头壳体[13]通过连接拖板[6]与测量头位置调整基座[10]相连，在测量头位置调整基座[10]上还设置有步进电机[3]，步进电机[3]通过步进电机电缆与步进电机驱动器[2]相连接。

2、根据权利要求1所述的便携式光栅投影三维轮廓测量仪，其特征在于：所说的测量头位置调整基座[10]上还设置有与步进电机[3]相连接的丝杠[4]，丝杠[4]设置有与连接拖板[6]相连接的螺母[5]。

3、根据权利要求1所述的便携式光栅投影三维轮廓测量仪，其特征在于：所说的测量头位置调整基座[10]上还设置有导轨[9]，连接拖板[6]上还设置有与导轨[9]相配套的导轨滑块[8]。

4、根据权利要求1所述的便携式光栅投影三维轮廓测量仪，其特征在于：所说的CCD摄像机[12]通过视频信号电缆与计算机[1]的图像采集卡[16]相连。

5、根据权利要求1所述的便携式光栅投影三维轮廓测量仪，其特征在于：所说的光栅投影系统[11]通过信号电缆与计算机[1]的控制接口卡[14]相连接。

6、根据权利要求1所述的便携式光栅投影三维轮廓测量仪，其特征在于：所说的步进电机驱动器[2]通过信号电缆与计算机1的控制接口卡[15]相连。