专利名称：一种复杂微型件的非接触逆向测量方法及其测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于逆向工程测量领域，具体涉及一种复杂微型件的非接触逆向测 量方法及其测量装置。
背景技术：
逆向测量技术在制造业尤其是精密制造业的应用及其广泛，是快速实现从 样板到三维模型，从三维模型到产品的方法。数据测量根据测量原理的不同， 可分为接触数据测量和非接触数据测量。基于非接触的逆向数据测量，是通过 光学测量来实现的，测量机发出莫尔文光到被测物表面，通过摄像头采集实物 表面三维离散数据，并反馈到计算机进行储存。非接触式测量方式在测量过程 中没有测头接触被测表面，避免了测头或被测表面的损伤和测头半径的补偿， 不仅速度快，而且自动化程度高，适用于各种软硬材料的各类复杂曲面模型的 微观或宏观部位的三维高速测量，因此在很多工程中和科学研究中都采用这种
在当今时代，随着各种精密产品的不断融入生活，对小型件尤其是微型件 的逆向测量也开始成为一大趋势。由于微型件的表面积小，贴一个标志点就可 能挡住了被测物体的大部分面积，很难用标识点拼接的方式进行测量。有不少 技术人员就选用非标志点测量，即单面扫描的方式。由于单面扫描只能扫描一 次，只有一个视角，数据极其不全面，对于要求有多视角及多角度三维数据的 微型件来说，用单面扫描的方式是不够的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种复杂微型件 的非接触逆向测量方法，本方法测量数据全面、准确，实施便捷。 本发明的目的还在于提供了一种复杂微型件的测量装置。 本发明的目的通过下述方案实现 一种复杂微型件的测量装置，包括涂有 不反光白色涂层且设置有标识点的构件、设置在所述构件之上并涂有不反光黑 色涂层的台体，在台体的中部放置复杂微型件，所述不反光白色涂层为白色油 漆涂层，所述不反光黑色涂层为黑色油漆涂层。所述构件的表面为矩形平面，所述标识点的数量为四颗以上、并相互间隔 不规则地分布在所述矩形平面上，所述台体的整体形状为顶面小、底面大的圆 形凸台，所述圆形凸台的顶面设有夹持复杂微型件的夹持机构。
所述圆形凸台两侧纵向剖面形状为弧形。
所述夹持机构包括至少两个对称设置的凹槽，所述凹槽内设置有弹簧，弹
簧的端部设置有夹紧片。
所述构件的整体形状为平截头锥形部件，所述标识点相互间隔并不规则地
分布在平截头锥形部件的顶面、侧面，所述台体的形状为倒圆锥形凸台，倒圆
锥形凸台的尖端通过支撑杆置于平截头锥形部件的中部。
所述平截头锥形部件的母线与倒圆锥形凸台的母线相交所成的角a大于
90度，所述倒圆锥形凸台由金属丝弯折而成。
一种复杂微型件的非接触逆向测量方法，测量步骤如下 步骤一、将待测量的复杂微型件喷涂显影剂并干燥处理； 步骤二、将经过干燥处理的复杂微型件放置于测量装置的涂有不反光黑
色涂层的台体上，此时，复杂微型件与测量装置构成一个被测整体，通过测量
机对该被测整体的三维数据进行拍摄，并将拍摄的三维数据保存至计算机中，
然后从计算机中再删除测量装置的三维数据，即得到复杂微型件的三维测量数据。
所述步骤二中，被测整体三维数据的具体测量方法是，通过调整测量机的 高度，并配合对测量机的镜头进行微调，将测量机的镜头与被测整体之间的距 离调整到焦距，将测量机的光栅调至清晰，进行拍摄，测量机的镜头在对被测 整体进行第一次拍摄时，拍摄面上应有4颗以上标识点，此后每一次拍摄时， 拍摄面上应有l个以上的旧标识点和l颗以上新标识点，总标识点的数量不应少 于4颗，如果对被测整体的局部进行不同角度的重复拍摄时，能够被测量机识 别的旧标识点的数量不少于4颗；在前一次拍摄完成后，调整测量机镜头为下 一次拍摄做准备，在后一次拍摄和前一次拍摄的过程中，当被测整体的拍摄面 与测量机镜头之间仍然保持焦距时，则通过平移测量机继续拍摄，当被测整体 的拍摄面与镜头之间不再保持焦距时，则通过调节测量机高度继续拍摄，使被 测整体的拍摄面与测量机镜头之间继续保持焦距，并调节光栅至清晰状态，然 后进行拍摄。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果具有测量数据全面、准 确，实施便捷的特点，通过与测量装置相互配合，能够对复杂微型件进行多视 角三维数据测量，解决了因为复杂微型件过小难以实现全角度测量的问题，本
5发明的测量装置结构简单，成本低，容易实现，便予推广应用。
图1是本发明复杂微型件的非接触逆向测量方法的流程图。
图2是本发明复杂微型件的测量装置的结构示意图。
图3是本发明另一种复杂微型件的测量装置的结构示意图。
图4是图3中平截头锥形部件的母线与倒圆锥形凸台的母线交角示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式 不限于此。
实施例l
如图2所示，本发明复杂微型件的测量装置，包括了两个部分，第一个部分 是涂有不反光白色涂层且设置有标志点1的构件5，第二个部分是设置在所述构 件5中部之上并涂有不反光黑色涂层的台体2;所述不反光白色涂层为白色油漆
涂层，所述不反光黑色涂层为黑色油漆涂层。测量时，将复杂微型件放置在台 体2的中部。
所述标识点l为白色圆形，可选用纸质材料，也可以用不反光油漆在构件5 上刷出具有黑色边圈的白色圆面做成永久标识点。
所述构件5的表面可采用矩形平面，所述标志点l的数量为四颗以上，并相 互间隔不规则地分布在所述矩形平面上(该矩形平面实际上可采用圆形、菱形 等其他形状直接代替，只要能容得下足够的标志点，且面积大于台体2即可)， 所述台体2的整体形状为顶面小、底面大的圆形凸台，所述圆形凸台的顶面设 有夹持复杂微型件的夹持机构，该夹持机构包括三个对称设置在圆形凸台顶面 的凹槽3、弹簧IO、加紧片4，所述弹簧i0置于凹槽3的内部，所述夹紧片4设置 在弹簧10的端部，加紧片4的高度大于凹槽3的深度，以便能够稳固地夹持被测 量的复杂微型件，使复杂微型件更好的固定在圆形凸台顶面的中部，为了使圆 形凸台与构件5之间的平滑过渡，所述圆形凸台两侧的纵向剖面形状呈弧形。 所述平滑过度是为了将前次测量的标识点给下次测量的标识点提供参照坐标 系，从而使计算机自动将复杂微型件和测量装置识别为一个整体，复杂微型件 的数据也不会被计算机判断为其它不相关的物体的数据，从而保持数据的连贯 性和较高准确度。本测量装置一般适用于只有部分外"^^求的复杂微垫件的逆向测量，其充
分利用了测量机对涂有不反光黑色涂层台体2不感光的特点，不反光黑色涂层 台体2在经过测量机的摄像头之后成为一切皆无的虚空。因此，即使测量装置 的体积再大，被测量的复杂微型件仍然是测量的中心所在。
如图2所示，测量装置中的标识点l按照不规则且相互间隔、交错分布在涂 有不反光白色涂层构件5的表面，以便对涂有不反光黑色涂层台体2上的被测复 杂微型件(图中未示出)进行定位，测量时，将待测量的复杂微型件放置于不 反光黑色涂层台体2的中部，弹簧3利用未释放完的推力从三个方向，通过夹紧 片4将复杂微型件固定。由于整个台体2为黑色(包括弹簧IO、夹紧片4和放弹 簧的凹槽3)，测量完成时，与测量机相连的计算机系统的数据接收与处理软件 的显示界面上有很小的一块白色(即被测物体的三维离散数据)，然后是一层 黑色虚空(即测量装置的涂有黑色不反光涂层的部分以及背景)，接下来的一 层是贴有标识点的中间空出一块的白色边沿(该白色边沿是测量装置的涂有白 色不反光涂层构件5的边沿部分的离散数据)，将白色边沿的三维离散数据删 除，就得到被测量的复杂微型件的三维数据。产生中间空出一块的白色边沿的 原因是，白色边沿将涂有不反光黑色油漆的凸台环形围住，而测量机对黑色不 感光，测量时中间没有任何数据，所以会空出一块。
如图1所示，本发明复杂微型件的非接触逆向测量方法，其步骤为第一 步为加法，即将待测量的复杂微型件喷涂显影剂并干燥处理，再将经过干燥处 理的复杂微型件放置于测量装置的涂有不反光黑色涂层的台体上，并确保两者 无相对运动，此时，复杂微型件与测量装置构成一个被测整体；第二步是测量， 即通过测量机对复杂微型件与测量装置组成的被测整体进行测量，并将测量所 获得的三维数据保存至计算机中；第三步是减法，减法的操作是从计算机中仅 删除测量装置的三维数据，保留复杂微型件的三维数据，即得到复杂微型件的 三维测量数据。
上述第二步的具体测量过程是:.通过调整测量机的高度，并配合对测量机
的镜头进行微调，将测量机与被测整体之间的距离调整到焦距，将测量机的光 栅调至清晰，进行拍摄，测量机在对被测整体进行第一次拍摄时，拍摄面上应
有4个以上标识点，此后每一次拍摄时，拍摄面上应有l个以上的旧标识点和l 个以上新标识点，总标识点的数量不应少于4颗，如果对被测整体的局部进行 不同角度的重复拍摄时，能够被测量机识别的旧标识点的数量不少于4颗，以 保证测量数据的连贯性和整体性；在前一次拍摄完成后，调整测量机镜头为下
一次拍摄做准备，在后一次拍摄和前一次拍摄的过程中，当被测整体的拍摄面
7与测量机镜头之间仍然保持焦距时，则31过f"移测量机继续拍摄，当被测整体 的拍摄面与镜头之间不再保持焦距时，则通过调节测量机高度继续拍摄，使被 测整体的拍摄面与测量机镜头之间继续保持焦距，并调节光栅至清晰状态，然 后进行拍摄。
按照上述步骤，直至获取被测整体的所需数据，测量完成。测量完成之后， 数据采集系统中复杂微型件的数据和测量装置的数据被保存在一起的。在数据 采集系统中，将整体数据切换到最佳视角，将属于测量装置的点云全部选中并 删除，然后以标准格式导出。这样，就得到复杂微型件的点云数据。
实施例2
本实施例的特征如图3所示，除下列特征外，其他特征与实施例l相同
所述涂有不反光白色涂层构件6的整体形状为平截头锥形部件，所述标识 点9相互间隔并不规则地分布在平截头锥形部件的顶面、侧面，所述涂有不反 光黑色涂层台体8的形状为倒圆锥形凸台，倒圆锥形凸台的尖端通过支撑杆8 置于平截头锥形部件的中间位置，所述倒圆锥形凸台和支撑杆8可由金属丝弯 折而成，
如图4所示，所述平截头锥形部件的母线与倒圆锥形凸台的母线相交所成 的角a大于90度，这样，当测量机的摄像头垂直于倒圆锥形凸台的侧面时，测 量机发出的光线不会与平截头锥形部件的母线平行，使平截头锥形部件能够更 好地感光，从而在测量时实现平截头锥形部件与被测量的复杂微型件之间的平 滑过渡。平滑过度是为了将前次测量的标识点给下次测量的标识点提供参照坐 标系，从而使计算机自动将复杂微型件和测量装置识别为一个整体，复杂微型 件的数据也不会被计算机判断为其它不相关的物体的数据。
如上所述，便可较好地实现本发明。上述实施例仅为本发明的较佳实施例， 并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰， 都在本发明权利要求所要求保护的范围之内。
权利要求
1、一种复杂微型件的测量装置，其特征在于包括涂有不反光白色涂层且设置有标识点的构件、设置在所述构件之上并涂有不反光黑色涂层的台体，在台体的中部放置复杂微型件。
2、 根据权利要求l所述的复杂微型件的测量装置，其特征在于所述构件 的表面为矩形平面或者圆形平面，所述标识点的数量为四颗以上、并相互间隔 不规则地分布在所述矩形平面上，所述台体的整体形状为顶面小、底面大的圆 形凸台，所述圆形凸台的顶面设有夹持复杂微型件的夹持机构。
3、 根据权利要求2所述的复杂微型件的测量装置，其特征在于所述圆形 凸台两侧纵向剖面形状为弧形。
4、 根据权利要求2所述的复杂微型件的测量装置，其特征在于所述夹持 机构包括至少两个对称设置的凹槽，所述凹槽内设置有弹簧，弹簧的端部设置 有夹紧片。
5、 根据权利要求l所述的复杂微型件的测量装置，其特征在于所述构件 的整体形状为平截头锥形部件，所述标志点相互间隔并不规则地分布在平截头 锥形部件的顶面、侧面，所述台体的形状为倒圆锥形凸台，倒圆锥形凸台的尖 端通过支撑杆置于平截头锥形部件的中部。
6、 根据权利要求5所述的复杂微型件的测量装置，其特征在于所述平截 头锥形部件的母线与倒圆锥形凸台的母线相交所成的角a大于90度。
7、 根据权利要求5所述的复杂微型件的测量装置，其特征在于所述倒圆锥形凸台由金属丝弯折而成。
8、 根据权利要求1 7中任一项所述的复杂微型件的测量装置，其特征在于所述不反光白色涂层为白色油漆涂层，所述不反光黑色涂层为黑色油漆涂层。
9、 一种复杂微型件的非接触逆向测量方法，其特征在于如下步骤 步骤一、将待测量的复杂微型件喷涂显影剂并干燥处理；步骤二、将经过干燥处理的复杂微型件放置于测量装置的涂有不反光黑色 涂层的台体上，此时，复杂微型件与测量装置构成一个被测整体，通过测量机 的镜头对该被测整体的三维数据进行拍摄，并将拍摄的三维数据保存至计算机 中，然后从计算机中再删除测量装置的三维数据，即得到复杂微型件的三维测 量数据。
10、 根据权利要求9所述的复杂微型件的非接触逆向测量方法，其特征在 于；所述步骤二中，被测整体三维数据的具体测量方法是，通过调整测量机的高度，并配合对测量机的镜头进行微调，将测量机镜头与被测整体之间的距离 调整到焦距，将测量机的光栅调至清晰，进行拍摄，测量机的镜头在对被测整体进行第一次拍摄时，拍摄面上应有4个以上标识点，此后每一次拍摄时，拍 摄面上应有1个以上的旧标识点和1个以上新标识点，总标识点的数量不应少 于4颗，如果对被测整体的局部进行不同角度的重复拍摄时，能够被测量机识别的旧标识点的数量不少于4颗；在前一次拍摄完成后，调整测量机镜头为下一次拍摄做准备，在后一次拍摄和前一次拍摄的过程中，当被测整体的拍摄面 与测量机镜头之间仍然保持焦距时，则通过平移测量机继续拍摄，当被测整体 的拍摄面与测量机镜头之间不再保持焦距时，则通过调节测量机高度继续拍摄， 使被测整体的拍摄面与测量机镜头之间继续保持焦距，并调节光栅至清晰状态， 然后进行拍摄。
全文摘要
本发明公开了一种复杂微型件的非接触逆向测量方法，1.将待测量的复杂微型件喷涂显影剂并干燥处理；2.将经过干燥处理的复杂微型件放置于测量装置的涂有不反光黑色涂层的台体上，此时，复杂微型件与测量装置构成一个整体，通过测量机对该整体的三维数据进行测量，并将测量的三维数据保存至计算机中，然后从计算机中再删除测量装置的三维数据，即得到复杂微型件的三维测量数据；本发明具有测量数据全面、准确，实施便捷的特点，通过与测量装置相互配合，能够对复杂微型件进行多视角三维数据测量，解决了因为复杂微型件过小难以实现全角度测量的问题，本发明的测量装置结构简单，成本低，容易实现，便于推广应用。
文档编号G01B11/24GK101561257SQ20091003967
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者刘成军, 锋 阮 申请人:华南理工大学