本发明专利技术涉及一种采用激光旋转扫描的面型测量装置，由一维滑台系统、激光旋转扫描系统和双目视觉测量系统组成，所述一维滑台系统由旋转步进电机、电机支撑座、联轴器、前支撑块、滚珠丝杆、光轴、直线滑台、后支撑座和底座组成，所述激光旋转扫描系统由螺杆、螺杆套筒、连杆、激光器套筒、激光器、旋转步进电机、多面体旋转镜、电机支架组成，所述的双目视觉测量系统由底板、相机、支杆、紧定螺钉组成。本发明专利技术采用第二旋转步进电机带动多面体旋转镜旋转，激光器发射的激光打在多面体旋转镜的反射镜上，反射镜反射激光点打到被测面上。两台相机同时对打在被测面上的激光点拍摄照片，计算机控制两台相机拍摄过程，并实现拍摄数据的实时采集和分析，以实现计算机控制双目视觉测量的三维坐标点输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光扫描系统，具体涉及一种多面体旋转镜和双目视觉测量系统集成的高精度面型测量装置。
技术介绍
在先技术（闽江学院，专利号：201510357389）提到一种双目视觉测量方法，可以通过两个相机对被测点进行拍照，对拍得的照片进行特征点提取，使用双目立体视觉测量的相关公式就可以得到特征点的三维坐标，其精度最高可达到微米级别。由于相机安装在激光旋转扫描装置上，拍摄过程中相机会发生抖动，影响所得三维坐标精度。因此，在双目视觉测量系统中，对激光旋转扫描装置的安装要求提出了较高要求。
在先技术（红外与激光工程，2011年第11期，40卷，第2261页，高瑀含《三维面型精密测量技术》）提出利用激光雷达对三维复杂面型进行扫描测量的技术；在先技术（工程图学报，2004年第4期，第104页，吴禄慎《基于相位法的三维面型测量及曲面重建技术》）提出采用相位法对三维面型测量和曲面重建。这些测量方法包括激光三角法、激光测距法、结构光法等。测量装置结构复杂，对装置精密性要求较高。
在先技术（黄亮等专利，专利号200710099770.6）提出高精度非接触三维面型测量装置，通过激光测量传感器，结合X向、Y向和Z向运动单元等对被测面进行高精度快速动态无损伤测量。但该装置结构复杂，装置的基座以及支架等加工精度高，且需要较高的稳定性。
技术实现思路
本专利技术为了克服在先技术的不足，提出一种采用激光旋转扫描的面型测量装置，包括一维滑台系统、激光旋转扫描系统和双目视觉测量系统三部分。一维滑台系统控制激光扫描装置沿直线方向的前进和后退，激光旋转扫描系统对被测面进行逐步扫描，而由双目视觉测量系统对激光扫描过程进行拍摄，再通过图像处理得到精确的扫描点三维坐标，重建出被测面的轮廓。最后比较测量面形和理论轮廓获得面形变化值。该套装置特别适用于断面变形的监测。
本专利技术提供一种采用激光旋转扫描的面型测量装置，由一维滑台系统、激光旋转扫描系统和双目视觉测量系统组成，其中：
所述一维滑台系统由第一旋转步进电机1、电机支撑座2、联轴器3、前支撑块4、滚珠丝杆5、第一光轴6、第二光轴7、直线滑台8、后支撑座9和第一底座10组成，第一旋转步进电机1安装在电机支撑座2上，电机支撑座2和后支撑座9通过螺钉分别固定于第一底座10两侧上；第一旋转步进电机1通过联轴器3与滚珠丝杆5连接，第一旋转步进电机1的旋转运动经过联轴器3传递给滚珠丝杆5；前支撑块4通过轴承安装于滚珠丝杆5上，直线滑台8与滚珠丝杆5通过螺纹连接，滚珠丝杆5的旋转运动经过螺纹传递到直线滑台8上，滚珠丝杆5的旋转运动可以带动直线滑台8沿着滚珠丝杆5进行往返运动；第一光杆6和第二光杆7的两端分别固定于前支撑块4和反支撑座9上，第一光杆6和第二光杆7分别穿过直线滑台8，起支撑直线滑台8的作用；
所述激光旋转扫描系统由螺杆11、第一螺母12、螺杆套筒13、第二螺母14、第一连杆15、激光器套筒16、激光器17、第二连杆18、第二旋转步进电机19、法兰20、多面体旋转镜21、电机支架22和第二底座23组成，螺杆11一端通过螺纹连接安装于第二底座23上，配合在螺杆11上的第一螺母12和第二螺母14将螺杆套筒13紧固于螺杆11的任一高度上，通过调节第一螺母12和第二螺母14来调节螺杆套筒13的高度位置；第一连杆15和第二连杆18的一端分别安装于螺杆套筒13的两边，第一连杆15和第二连杆18的另一端分别安装于激光套筒16的两边，激光器17固定于激光套筒16内，通过调节第一螺母12和第二螺母14，以调节螺杆套筒13的高度位置；从而改变激光器17的高度；通过调节激光器套筒16改变激光器17的激光出射角度；第二步进电机19固定于电机支座22上，电机支座22固定于第二底座23上，第二电机19的旋转轴通过法兰与多面体旋转镜21连接，第二旋转步进电机18的旋转运动传递到多面体旋转镜21上，带动多面体旋转镜21旋转；
所述的双目视觉测量系统由第二底板23、第一相机24、第二相机25、第一支杆26、第一紧定螺钉27、第二支杆28、第三支杆29、第二紧定螺钉30和第四支杆31组成。第一相机24与第一支杆26一端相连，第一支杆26另一端与第二支杆28一端连接，第二支杆28另一端固定于第二底板23上，第一支杆26可以在第三支杆28上实现上下调节和旋转，从而调节第一相机23的位姿，通过第一紧定螺钉27固定第一支杆26；第二相机25与第三支杆29一端相连，第三支杆29另一端与第四支杆一端31连接，第四支杆31另一端固定在第二底板23上，第三支杆29可以在第四支杆31上实现上下调节和旋转，从而调节第二相机25的位姿，通过第二紧定螺钉30固定第三支杆29；所述第一相机和第二相机分别连接计算机；采用第二旋转步进电机带动多面体旋转镜旋转，激光器发射的激光打在多面体旋转镜的反射镜上，反射镜反射激光点打到被测面上。第一相机和第二相机同时对打在被测面上的激光点拍摄照片，计算机控制第一相机和第二相机的拍摄过程，并实现拍摄数据的实时采集和分析，以实现计算机控制双目视觉测量的三维坐标点输出。
本专利技术采用激光旋转扫描的面型测量装置基本原理是：
1.结合附图2说明一维滑台工作原理：通过控制第一旋转步进电机1的旋转，带动滚珠丝杆5旋转，滚珠丝杆5的旋转运动驱动与其螺纹配合的直线滑台8前进和后退。固定在直线滑台8上的激光旋转扫描系统和双目视觉测量系统跟随着直线滑台8前进和后退。
2.结合附图3、附图4说明激光旋转扫描系统工作原理：激光器17发射的激光打在多面体旋转镜21的反射面上，多面体旋转镜21的反射面由金属材料制成，激光点被反射后打到被测平面上，可以在被测平面上观察到激光点。控制第二旋转步进电机19旋转，驱动多面体旋转镜21旋转，使得激光器17发射的激光与多面体旋转镜21的角度发生变化，使得激光的反射角度改变，打在被测平面上激光点位置改变。如附图4，根据多面体旋转镜21的每个角为60°可知，多面体旋转镜21旋转一圈反射激光的角度范围为240°。第二旋转步进电机18持续旋转，使得反射激光实现在240°范围内的周期性扫描，达到扫描被测面的目的。
3.结合图5说明双目视觉测量系统工作原理：第一相机24和第二相机25同时对被测面上的扫描点拍摄，并设置拍摄的间隔，不断拍摄。通过双目视觉测量理论可以计算出拍摄到的扫描点三维坐标值。
本专利技术的优点是：
1.易于得到精准的面型，本专利技术采用双目视觉测量面型的方法，通过两个相机对激光扫描点拍照，利用双目视觉测量原理，可以精确的得到被测面的三维坐标值，得到面型三维图，精度最高可达到微米级别。
2.易于实现对被测面型的持续扫描。控制第一步进电机旋转，使得激光旋转扫描系统可以在一维滑台上前后移动，从而扫描被测面型的不同位置；控制第二旋转步进电机旋转，驱动多面体旋转镜持续旋转，使得打在多面体旋转镜上的激光反射角度成周期性变化，实现在一定角度范围内对被测面型的周期性扫描。
3.控制方便。该装置采用独立控制方式，可以分别控制第一旋转步进电机1、第二旋转步进电机19、第一相机24和第二相机25。对于第一旋转步进电机1和第二旋转步进电机19，只需控制第一旋转步进电机和第二旋转步进电机的转速和转本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用激光旋转扫描的面型测量装置，由一维滑台系统、激光旋转扫描系统和双目视觉测量系统组成，其特征在于：所述一维滑台系统由第一旋转步进电机(1)、电机支撑座(2)、联轴器(3)、前支撑块(4)、滚珠丝杆(5)、第一光轴(6)、第二光轴(7)、直线滑台(8)、后支撑座(9)和第一底座((1)0)组成，第一旋转步进电机(1)安装在电机支撑座(2)上，电机支撑座(2)和后支撑座(9)通过螺钉分别固定于第一底座(10)两侧上；第一旋转步进电机(1)通过联轴器(3)与滚珠丝杆(5)连接，第一旋转步进电机(1)的旋转运动经过联轴器(3)传递给滚珠丝杆(5)；前支撑块(4)通过轴承安装于滚珠丝杆(5)上，直线滑台(8)与滚珠丝杆(5)通过螺纹连接，滚珠丝杆(5)的旋转运动经过螺纹传递到直线滑台(8)上，滚珠丝杆(5)的旋转运动可以带动直线滑台(8)沿着滚珠丝杆(5)进行往返运动；第一光杆(6)和第二光杆(7)的两端分别固定于前支撑块(4)和反支撑座(9)上，第一光杆(6)和第二光杆(7)分别穿过直线滑台(8)，起支撑直线滑台(8)的作用；所述激光旋转扫描系统由螺杆(11)、第一螺母(12)、螺杆套筒(13)、第二螺母(14)、第一连杆(15)、激光器套筒(16)、激光器(17)、第二连杆(18)、第二旋转步进电机(19)、法兰(20)、多面体旋转镜(21)、电机支架(22)和第二底座(23)组成，螺杆(11)一端通过螺纹连接安装于第二底座(23)上，配合在螺杆(11)上的第一螺母(12)和第二螺母(14)将螺杆套筒(13)紧固于螺杆(11)的任一高度上，通过调节第一螺母(12)和第二螺母(14)来调节螺杆套筒(13)的高度位置；第一连杆(15)和第二连杆(18)的一端分别安装于螺杆套筒(13)的两边，第一连杆(15)和第二连杆(18)的另一端分别安装于激光套筒(16)的两边，激光器(17)固定于激光套筒(16)内，通过调节第一螺母(12)和第二螺母(14)，以调节螺杆套筒(13)的高度位置；从而改变激光器(17)的高度；通过调节激光器套筒(16)改变激光器(17)的激光出射角度；第二步进电机(19)固定于电机支座(22)上，电机支座(22)固定于第二底座(23)上，第二电机(19)的旋转轴通过法兰与多面体旋转镜(21)连接，第二旋转步进电机(18)的旋转运动传递到多面体旋转镜(21)上，带动多面体旋转镜(21)旋转；所述的双目视觉测量系统由第二底板(23)、第一相机(24)、第二相机(25)、第一支杆(26)、第一紧定螺钉(27)、第二支杆(28)、第三支杆(29)、第二紧定螺钉(30)和第四支杆(31)组成;第一相机(24)与第一支杆(26)一端相连，第一支杆(26)另一端与第二支杆(28)一端连接，第二支杆(28)另一端固定于第二底板(23)上，第一支杆(26)可以在第三支杆(28)上实现上下调节和旋转，从而调节第一相机(23)的位姿，通过第一紧定螺钉(27)固定第一支杆(26)；第二相机(25)与第三支杆(29)一端相连，第三支杆(29)另一端与第四支杆一端(31)连接，第四支杆(31)另一端固定在第二底板(23)上，第三支杆(29)可以在第四支杆(31)上实现上下调节和旋转，从而调节第二相机(25)的位姿，通过第二紧定螺钉(30)固定第三支杆(29)；所述第一相机和第二相机分别连接计算机；采用第二旋转步进电机带动多面体旋转镜旋转，激光器发射的激光打在多面体旋转镜的反射镜上，反射镜反射激光点打到被测面上,第一相机和第二相机同时对打在被测面上的激光点拍摄照片，计算机控制第一相机和第二相机的拍摄过程，并实现拍摄数据的实时采集和分析，以实现计算机控制双目视觉测量的三维坐标点输出。...
【技术特征摘要】
1.一种采用激光旋转扫描的面型测量装置，由一维滑台系统、激光旋转扫描系统和双目视觉测量系统组成，其特征在于：
所述一维滑台系统由第一旋转步进电机(1)、电机支撑座(2)、联轴器(3)、前支撑块(4)、滚珠丝杆(5)、第一光轴(6)、第二光轴(7)、直线滑台(8)、后支撑座(9)和第一底座((1)0)组成，第一旋转步进电机(1)安装在电机支撑座(2)上，电机支撑座(2)和后支撑座(9)通过螺钉分别固定于第一底座(10)两侧上；第一旋转步进电机(1)通过联轴器(3)与滚珠丝杆(5)连接，第一旋转步进电机(1)的旋转运动经过联轴器(3)传递给滚珠丝杆(5)；前支撑块(4)通过轴承安装于滚珠丝杆(5)上，直线滑台(8)与滚珠丝杆(5)通过螺纹连接，滚珠丝杆(5)的旋转运动经过螺纹传递到直线滑台(8)上，滚珠丝杆(5)的旋转运动可以带动直线滑台(8)沿着滚珠丝杆(5)进行往返运动；第一光杆(6)和第二光杆(7)的两端分别固定于前支撑块(4)和反支撑座(9)上，第一光杆(6)和第二光杆(7)分别穿过直线滑台(8)，起支撑直线滑台(8)的作用；
所述激光旋转扫描系统由螺杆(11)、第一螺母(12)、螺杆套筒(13)、第二螺母(14)、第一连杆(15)、激光器套筒(16)、激光器(17)、第二连杆(18)、第二旋转步进电机(19)、法兰(20)、多面体旋转镜(21)、电机支架(22)和第二底座(23)组成，螺杆(11)一端通过螺纹连接安装于第二底座(23)上，配合在螺杆(11)上的第一螺母(12)和第二螺母(14)将螺杆套筒(13)紧固于螺杆(11)的任一高度上，通过调节第一螺母(12)和第二螺母(14)来调节螺杆套筒(13)的高度位置；第一连杆(15)和第二连杆(18)的一端分别安装于螺杆套筒(13)的两边，第一连杆(15)和第二连杆(18)的另一端分别安装...
【专利技术属性】
技术研发人员：李安虎，左其友，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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