全自动完整鞋楦三维数据测量装置及方法制造方法及图纸

全自动完整鞋楦三维数据测量装置及方法，涉及鞋楦三维测量技术领域，为了解决现有的鞋楦三维信息测量装置很难在三维数据完整性、测量过程全自动化、三维数据分辨率和精度较高、测量时间适当这四点达到很好的平衡的问题。DLP投影仪用于投射光栅图像，工业相机用于采集光栅图像，鞋楦夹具用于夹紧被测鞋楦，鞋楦夹具通过鞋楦夹具固定座与标定筒顶端紧固连接，标定筒的底端与内环蜗轮蜗杆传动机构的转轴固定连接，内环旋转限位开关用于对标定筒的旋转进行限位，外环蜗轮蜗杆传动机构的转轴与内环框架一侧的侧板固定连接，内环摆动限位开关用于对内环框架的摆动进行限位。本发明专利技术适用于测量鞋楦三维数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及鞋楦三维测量
，具体涉及全自动完整鞋楦三维数据测量技术。
技术介绍
鞋楦是制鞋的基础和重要模具，作为鞋子的母体，其在整个制鞋产业中占有很重要的地位，是制鞋工艺中鞋款式的基础，决定了鞋子的形状和穿鞋的舒适性，因此鞋楦设计要符合人体工程学的要求。目前，中国的制鞋业正面临着挑战，传统的手工制楦的方法制作周期长、精度低、生产效率低，严重制约整个制鞋产业的发展，因此必须对现行的制鞋工艺进行全面的自动化改造。随着计算机及CAD技术的快速发展，使得鞋楦设计与制造自动化成为可能，将CAD技术引入到鞋楦的设计制造中是改造传统的制鞋业，使其向信息化方向发展的关键，也是未来发展的方向，将已有的标准鞋楦进行三维测量，将模型数字化，再用CAD软件对鞋楦曲面进行三维设计，得到标准鞋楦的三维数据。使用CAD技术对鞋楦进行快速、精准设计的前提是要有精准、全面的鞋楦三维数字数据。目前，对鞋楦的三维测量技术按照测量的原理进行分类，主要有接触式和非接触式测量。1、接触式测量：接触式测量的典型代表就是三坐标测量机(CMM)，它的测量原理是将各种几何元素转化为点的坐标位置，三坐标测量机的特点是测量的精度较高，但是它的速度比较慢，测量过程需要人工干预，并且还需要对测量结果进行探头的半径补偿，尤其对于鞋楦这类对细节三维信息要求比较高的物体，接触式测量的探头很难做到那么小，更为严重的是接触式测量在固定鞋楦的位置会产生三维信息丢失，很难获得完整的鞋楦三维数据信息，这些缺点限制了它在鞋楦三维测量中的应用。2、非接触式测量：非接触式测量的典型代表是光学三维测量，光学三维测量是通过运用光学和电子仪器非接触地获取被测物体三维数据的方法和技术。目前，鞋楦三维数据的光学测量方法主要有基于线结构光的方法、基于立体视觉的方法、基于RGB-D深度相机的方法和基于激光测量的方法。(1)基于线结构光的方法：线结构光三维扫描基于光学三角法原理，其基本原理是由线激光器向被测物体表面投射线结构光条，通过相机拍摄经被测物体表面调制而发生变形的结构光图像，然后从携带有被测物体表面三维形貌信息的图像中计算出被测物体的三维数据。该方法具有非接触，扫描速度快，获取信息丰富，扫描精度高等优点。但是测量精度受物理光学的限制，存在遮挡问题，测量精度与速度相互矛盾，难以同时得到提高。已公开的通过线结构光扫描鞋楦三维信息的方法有四种，第一种采用四个激光器和八个相机，光路直射的方式，体积大，硬件成本高，多组激光器和相机标定过程复杂，在楦头和楦跟处会出现三维数据丢失；第二种采用三个激光器和三个相机，三组激光器和相机分别位于鞋楦的左上部，右上部和底部，该方式硬件成本比第一种低，但在楦头和楦跟处三维数据丢失更为严重；第三种同样采用多组激光器和相机，不同之处在于激光器和相机平行放置，通过高镜面反射原理获取光条变形图像进而提取鞋楦三维信息，该方法只是利用高镜面反射原理改变了相机和激光器的放置方式，同样没有解决以上两种方式的问题；第四种采用六个激光器和三个相机分成三组，每组包括两个激光器和一个相机，虽然由于激光器价格低于相机而降低了硬件成本，但为了避免每组两个激光器光条的相互影响，不能同时打开两个激光器，影响扫描速度，并且由于激光光条在楦头和楦跟出变化较快，很难得到完整的鞋楦三维数据信息，并且激光器数量的增加必然导致标定过程的复杂。以上四种方式还有一个共性的问题，就是鞋楦在扫描过程中要放置在玻璃平台上，而激光光线经过玻璃会产生折射效应，导致相机获取到的激光光条与实际位置有偏差，需要进行算法补偿，过程繁琐。(2)基于立体视觉的方法：立体视觉的原理是从两个或多个视点观察同一景物，以获取不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差来获取景物的三维信息。立体视觉方法最大的特点是拍摄速度快，但立体视觉方法数据处理量大，处理时间长，而且需要进行两幅图像的匹配，在物体表面灰度和面形变化不大时，会影响匹配和测量精度，获得的三维点密度较低，很难得到物体的细节信息，此方法在工业测量领域应用较少。已公开的通过立体视觉获取鞋楦三维信息的方法有三种，第一种采用内侧摄像头组、外侧摄像头组和底部摄像头组进行鞋楦三维数据采集，每组包含两个摄像机，通过对内侧、外侧和底部的图像进行校正和拼接，并利用边缘提取技术获取鞋楦的三维数据，该方法的成本低，但是由于使用的是网络摄像头，鞋楦三维数据精度很难满足要求，并且在楦头和楦跟处会产生三维数据缺失，并且很难得到鞋楦的细节三维信息；第二种采用八个分布在鞋楦周围的相机，通过分布在鞋楦上的标记点，利用三坐标扫描仪把标记点的位置扫描到计算机，通过采集到的脚型的多幅图像，改变鞋楦统计变形模型中的个性向量，直到模型在各图像中的投影和脚型的真实图像相吻合，得到与脚型一致的数字化鞋楦模型，该方法是通过脚的三维信息计算鞋楦的三维信息，所以不是真实的鞋楦三维数据，且装置复杂，占用空间较大，标记过程复杂，不能实现全自动获取鞋楦三维信息；第三种通过数码相机利用多幅特征曲线对鞋楦进行三维测量，该方法同样需要根据鞋楦的几何形状和特征进行布线，然后通过对数码相机拍摄的图像进行特征曲线提取，最后通过特征曲线对鞋楦进行三维信息重建，该方法的问题是仅仅通过标记曲线来重建鞋楦三维信息模型，与真实的鞋楦三维信息必然存在差距，而且在鞋楦上的布线过程繁琐，在鞋楦三维工业测量领域很难推广应用。(3)基于RGB-D深度相机的方法：RGB-D摄像机可以同时获取RGB图像和深度图像数据。RGB-D摄像机深度成像的原理是利用光编码(LightCoding)技术，其中，红外线发射器与红外线CMOS摄像机成一定角度对准目标场景，而不均匀透明介质放置于激光发射器镜头前，红外线发射器发射一束红外线透过不均匀介质后在场景中形成激光散斑，CMOS红外接收器获取散斑图像，并根据RGB-D摄像机内部参数运用数学三角关系换算成深度值。RGB-D相机的优势在于无需借助标记点便可获取场景中所有点的三维信息，采集数据的实时性好，三维模型重建速度快。但是RGB-D摄像机拍摄获取的深度图像分辨率和精度低，不适合用于工业测量领域。已公开的通过RGB-D相机描鞋楦三维信息的方法有一种，其通过三台Kinect型号的深度相机分别从左上部、右上部和底部来获取鞋楦三维信息，然后通过深度相机两两标定的方式来拼接成鞋楦三维数据，该方法的问题是，低成本的Kinect相机空间分辨率和精度都较低，不能得到用于后续CAD设计所需要的高精度、高分辨率的鞋楦三维信息，并且三台Kinect相机很难获得楦头和楦跟的三维数据，数据采集不完整，而如果增加相机的数量必然会增加成本和相机标定的复杂性。(4)基于激光测量的方法：激光测量方法由一个多边形镜头定位的一根直线可视激光束，通过高频扫描来对物体表面进行扫描测量；应用三角定律，激光束在物体表面经反射后由激光接受器接收，然后经计算获得物体表面的坐标。激光扫描可以精确地提供三维数据信息，数据处理简单，受环境影响小。但成本高，精度、测距与扫描速率存在矛盾关系，而且鞋楦是复杂的三维表面，使用激光测量的方法同样需要解决多个鞋楦三维数据配准的问题。因此目前还没有通过激光进行鞋楦三维信息测量的方法。(5)基于面结构光的方法：典型的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，包括DLP投影仪(1)、工业相机、鞋楦夹具(4)、鞋楦夹具固定座(5)、标定筒(6)、内环旋转限位开关(7)、内环蜗轮蜗杆传动机构(8)、内环摆动限位开关(9)、外环蜗轮蜗杆传动机构(10)、PC机(11)、控制箱(12)、轴承(13)、外环框架(14)和内环框架(15)；DLP投影仪(1)用于投射光栅图像，工业相机用于采集光栅图像；鞋楦夹具(4)用于夹紧被测鞋楦(3)，鞋楦夹具(4)通过鞋楦夹具固定座(5)与标定筒(6)顶端紧固连接，标定筒(6)的底端与内环蜗轮蜗杆传动机构(8)的转轴固定连接，内环旋转限位开关(7)用于对标定筒(6)的旋转进行限位；鞋楦夹具(4)、鞋楦夹具固定座(5)、标定筒(6)和内环旋转限位开关(7)均位于内环框架(15)内；外环蜗轮蜗杆传动机构(10)的底座与外环框架(14)一侧的侧板固定连接，外环蜗轮蜗杆传动机构(10)的转轴与内环框架(15)一侧的侧板固定连接，内环摆动限位开关(9)设置在外环框架(14)一侧的侧板上，用于对内环框架(15)的摆动进行限位；外环框架(14)另一侧的侧板和内环框架(15)另一侧的侧板通过轴承(13)连接，使内环框架(15)实现摆动；控制箱(12)与内环旋转限位开关(7)和内环摆动限位开关(9)电气连接，控制箱(12)用于控制内环蜗轮蜗杆传动机构(8)和外环蜗轮蜗杆传动机构(10)的转动；控制箱(12)通过RS232接口与PC机(11)通信，PC机(11)通过HDMI接口与DLP投影仪(1)相连，PC机(11)通过USB口与工业相机相连。...

【技术特征摘要】
1.全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，包括DLP投影仪(1)、工业相机、鞋楦夹具(4)、鞋楦夹具固定座(5)、标定筒(6)、内环旋转限位开关(7)、内环蜗轮蜗杆传动机构(8)、内环摆动限位开关(9)、外环蜗轮蜗杆传动机构(10)、PC机(11)、控制箱(12)、轴承(13)、外环框架(14)和内环框架(15)；DLP投影仪(1)用于投射光栅图像，工业相机用于采集光栅图像；鞋楦夹具(4)用于夹紧被测鞋楦(3)，鞋楦夹具(4)通过鞋楦夹具固定座(5)与标定筒(6)顶端紧固连接，标定筒(6)的底端与内环蜗轮蜗杆传动机构(8)的转轴固定连接，内环旋转限位开关(7)用于对标定筒(6)的旋转进行限位；鞋楦夹具(4)、鞋楦夹具固定座(5)、标定筒(6)和内环旋转限位开关(7)均位于内环框架(15)内；外环蜗轮蜗杆传动机构(10)的底座与外环框架(14)一侧的侧板固定连接，外环蜗轮蜗杆传动机构(10)的转轴与内环框架(15)一侧的侧板固定连接，内环摆动限位开关(9)设置在外环框架(14)一侧的侧板上，用于对内环框架(15)的摆动进行限位；外环框架(14)另一侧的侧板和内环框架(15)另一侧的侧板通过轴承(13)连接，使内环框架(15)实现摆动；控制箱(12)与内环旋转限位开关(7)和内环摆动限位开关(9)电气连接，控制箱(12)用于控制内环蜗轮蜗杆传动机构(8)和外环蜗轮蜗杆传动机构(10)的转动；控制箱(12)通过RS232接口与PC机(11)通信，PC机(11)通过HDMI接口与DLP投影仪(1)相连，PC机(11)通过USB口与工业相机相连。2.根据权利要求1所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述鞋楦夹具(4)包括套筒(41)、内部光杆(42)和紧固螺母(43)；套筒(41)的外壁设有螺纹，套筒(41)紧密套在内部光杆(42)外，套筒(41)的一端为锥状筒，且端面为锥的底面，锥状筒上设有条形缝隙，内部光杆(42)的一端为与锥状筒相匹配的锥状，内部光杆(42)的另一端设有外螺纹，紧固螺母(43)与内部光杆(42)螺纹连接。3.根据权利要求2所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述鞋楦夹具固定座(5)包括矩形槽(51)、螺纹孔(52)和固紧螺钉(53)；鞋楦夹具固定座(5)的一端设有矩形槽(51)，套筒(41)通过螺纹孔(52)与鞋楦夹具固定座(5)螺纹连接，鞋楦夹具固定座(5)的另一端设有与螺纹孔(52)相通的槽，固紧螺钉(53)穿过该槽，用于紧固套筒(41)。4.根据权利要求1所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述标定筒(6)包括柱形主体和底座；柱形主体的顶端设有螺纹孔，底端固定有底座，底座上设有底座固定孔，通过底座固定孔与内环蜗轮蜗杆传动机构的转轴固定连接；柱形主体的侧面用于粘贴标志点。5.根据权利要求4所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述柱形主体为六棱柱形或圆柱形。6.根据权利要求4所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述标定筒(6)还包括侧翼，侧翼用于粘贴标志点，侧翼与柱形主体侧面所夹锐角大于30°且小于60°。7.根据权利要求1所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述控制箱(12)包括主控板(121)、摆动限位开关电路(122)、摆动电机驱动电路(123)、RS232串口电路(124)、旋转电机驱动电路(125)和旋转限位开关电路(126)；主控板(121)通过摆动限位开关电路(122)与内环摆动限位开关(9)相连，通过摆动电机驱动电路(123)与外环蜗轮蜗杆传动机构(10)相连，通过RS232串口电路(...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘聪，刘静森，张延丽，
申请(专利权)人：哈尔滨福特威尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23