一种平扫式自标定光栅投影3D重建仪的制作方法

文档序号:11046114阅读:473来源:国知局
一种平扫式自标定光栅投影3D重建仪的制造方法与工艺

本实用新型涉及一种光栅投影设备,具体涉及一种平扫式自标定光栅投影3D重建仪。



背景技术:

在机械设计与制造领域,经常需要对制作完成的模型和产品进行三维测量以获得其数字化3D模型,以便进行数字化设计修改或制造质量评价。目前通常采用机械式三坐标测量机进行3D形状测量,其测量精度高但测量速度慢。还有一种被称为光栅投影3D测量技术,利用可见光、激光形成的结构化投影光栅投射在被测物体上,通过摄像机拍摄被测物体上形成的光投影栅线影像,借助计算机图像处理技术从采集的光投影栅线图像中重建被测物体的三维形状,这种三维测量方式的速度较快。目前采用光栅投影3D测量技术的测量设备在每次测量时为了保证精度通常需要进行光栅测量标定,其操作过程相对复杂,使用不便。

因此,为了克服目前光栅投影3D测量技术存在的不足,迫切需要一种标定方便、操作简单的光栅投影3D重建设备。



技术实现要素:

本实用新型的目的是克服现有技术的不足,提供一种平扫式自标定光栅投影3D重建仪,具有方便、简单的自标定功能。

上述目的是通过如下技术方案实现的:

一种平扫式自标定光栅投影3D重建仪,包括机架、X轴驱动模组、Y轴驱动模组、光栅扫描头、拖挂电磁铁、副Y轴导杆、副Y轴滑块、副X轴座板、副X轴导杆、副X轴滑块、标定块、拖挂柱、锁挂电磁铁、承台和电脑;所述X轴驱动模组和Y轴驱动模组分别由底座、导轨、丝杆、滑块、联轴器和电机组成,所述滑块与导轨滑动连接,导轨和电机固定于底座上,丝杆通过螺纹可旋转地穿接于滑块中且丝杆两端通过轴承支撑于导轨两端的支座上,电机通过联轴器与丝杆的一端转动连接,X轴驱动模组的底座固定于机架上,Y轴驱动模组的底座固定于X轴驱动模组的滑块上;所述光栅扫描头固定于Y轴驱动模组的滑块上;所述承台设于机架上;所述拖挂电磁铁固定于Y轴驱动模组的滑块上,锁挂电磁铁固定于机架上;两组副Y轴导杆分别设于承台两侧,两端固定于机架上;副Y轴滑块可滑动地套设于副Y轴导杆上;副X轴导杆的两端通过副X轴座板固定于副Y轴滑块上,标定块通过副X轴滑块可滑动地设于副X轴导杆上,拖挂柱固定于标定块上,拖挂柱上设有与锁挂电磁铁和拖挂电磁铁的铁芯轴相适配的横向、竖向两个销孔;所述电脑分别与X轴驱动模组和Y轴驱动模组的电机、拖挂电磁铁、锁挂电磁铁、光栅扫描头连接。

优选地,所述光栅扫描头包括扫描头罩、摄像机、光源、吸光瓦和光栅板,摄像机、光源、吸光瓦和光栅板设于扫描头罩内;所述摄像机设于中间,两侧分别设有一个光源,光源外侧设有吸光瓦,所述吸光瓦呈开口圆柱形,开口处设有光栅板。

优选地,所述吸光瓦采用深色海绵、绒布、无纺布或塑料制成。

优选地,所述标定块的上表面为高度连续变化的规则形状。

优选地,还包括照明灯,所述照明灯固定于机架上,位于X轴驱动模组的下方。

本实用新型的有益效果:

本实用新型提供的装置克服了目前光栅投影3D测量技术存在不足,标定方便、操作简单,与现有技术相比具有实质性特点和进步。

附图说明

图1:本实用新型装置的立体示意图;

图2:光栅扫描头的结构示意图;

图3:电脑与相关部件的连接关系图;

图中,1-机架,2-X轴驱动模组,3-X轴滑块,4-Y轴驱动模组,5-Y轴滑块,6-光栅扫描头,7-拖挂电磁铁,8-副Y轴导杆,9-副Y轴滑块,10-副X轴座板,11-副X轴导杆,12-副X轴滑块,13-标定块,14-拖挂柱,15-销孔,16-锁挂电磁铁,17-照明灯,18-电脑,19-扫描头罩,20-摄像机,21-光栅板,22-光源,23-吸光瓦,24-承台,J1-模型。

具体实施方式

下面结合附图具体介绍本实用新型的技术方案。

如图1-3所示的平扫式自标定光栅投影3D重建仪,包括机架1、X轴驱动模组2、Y轴驱动模组4、光栅扫描头6、拖挂电磁铁7、副Y轴导杆8、副Y轴滑块9、副X轴座板10、副X轴导杆11、副X轴滑块12、标定块13、拖挂柱14、锁挂电磁铁16、承台24和电脑18;所述X轴驱动模组2和Y轴驱动模组4分别由底座、导轨、丝杆、滑块、联轴器和电机组成,所述滑块与导轨滑动连接,导轨和电机固定于底座上,丝杆通过螺纹可旋转地穿接于滑块中且丝杆两端通过轴承支撑于导轨两端的支座上,电机通过联轴器与丝杆的一端转动连接,X轴驱动模组2的底座固定于机架1上,Y轴驱动模组4的底座固定于X轴驱动模组的滑块上;所述光栅扫描头6固定于Y轴驱动模组4的滑块上;所述承台24设于机架1上;所述拖挂电磁铁7固定于Y轴驱动模组4的滑块上,锁挂电磁铁16固定于机架1上;两组副Y轴导杆8分别设于承台24两侧,两端固定于机架1上;副Y轴滑块9可滑动地套设于副Y轴导杆8上;副X轴导杆11的两端通过副X轴座板10固定于副Y轴滑块9上,标定块13通过副X轴滑块12可滑动地设于副X轴导杆11上,拖挂柱14固定于标定块13上,拖挂柱14上设有与锁挂电磁铁16和拖挂电磁铁7的铁芯轴采用间隙公差配合的横向、竖向两个销孔15;所述电脑18分别与X轴驱动模组2和Y轴驱动模组4的电机、拖挂电磁铁7、锁挂电磁铁16、光栅扫描头6连接(具体的是与其中的摄像机和光源连接)。所述光栅扫描头6包括扫描头罩19、摄像机20、光源22、吸光瓦23和光栅板21,摄像机20、光源22、吸光瓦23和光栅板21设于扫描头罩19内;所述摄像机20设于中间,两侧分别设有一个光源22,光源22外侧设有吸光瓦23,所述吸光瓦23呈开口圆柱形,开口处设有光栅板21。

其中,所述吸光瓦23采用深色海绵、绒布、无纺布或塑料制成;标定块13的上表面为高度连续变化的规则形状;还包括照明灯17,所述照明灯17固定于机架1上,位于X轴驱动模组2下方。

工作原理:

开始工作后初始状态如下:光栅扫描头、拖挂电磁铁和标定块回到承台的左上角,拖挂电磁铁的铁芯缩回,锁挂电磁铁的铁芯伸出并插入在拖挂柱的横向销孔中。

在对实物进行3D测量重建之前需要对装置在承台整个范围内的三维测量进行标定才能保证以后的测量精度,装置的标定过程如下:电脑控制系统发出控制信号将锁挂电磁铁的铁芯收缩,解除对拖挂柱的锁定,同时拖挂电磁铁的铁芯伸出并插入在拖挂柱的竖向销孔中。此后,控制系统通过X轴驱动模组和Y轴驱动模组驱动光栅扫描头作XY平面内的标定扫描运动,并通过拖挂电磁铁和拖挂柱带动标定块也在承台整个范围内作扫描运动。标定扫描过程中,在标定块所处的每个位置上,光源发出的光透射过光栅板形成光栅投影在标定块上,电脑通过摄像机采集标定块上的投影栅线影像,通过专用软件计算出标定块的三维形状并与标定块的已知形状进行比较,从而对装置在承台整个范围内的三维测量进行标定。标定完成后,电脑控制系统驱动装置重新回到初始状态。

标定完成以后就可以进行实物的三维测量,其操作过程如下:操作者将待测的实物模型J1摆放在承台的中央,启动装置进入测量扫描状态,其运行过程如下:控制系统通过X轴驱动模组和Y轴驱动模组驱动光栅扫描头作XY平面内的测量扫描运动,测量扫描过程中,在光栅扫描头所处的每个位置上,光源发出的光透射过光栅板形成光栅投影在实物模型J1上,电脑通过摄像机采集实物模型J1上的投影栅线影像,通过软件根据此前的测量标定计算出实物模型J1的三维形状。

其中X轴驱动模组、Y轴驱动模组、拖挂电磁铁、锁挂电磁铁、照明灯、摄像机、光栅板和电脑可采用现有成熟产品,光源可采用LED或其他光源,吸光瓦采用深色海绵、绒布或无纺布、塑料制造,其他零部件采用金属制造。

上述实施例的作用仅在于说明本实用新型的实质性内容,但并不以此限定本实用新型的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的实质和保护范围。

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