一种旋扫式自标定光栅投影3D重建仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种旋扫式自标定光栅投影3D重建仪，包括机架、Z轴驱动模组、W轴旋转电机、旋转座、光栅扫描头、拖挂电磁铁、副Z轴导杆、副Z轴滑块、托盘挑臂、托盘、承台、标定棱柱、拖挂块、缓冲垫、照明灯和电脑。本设计集成了由拖挂电磁铁、拖挂块、旋转座和标定棱柱组成的自标定装置，在使用时用户可以通过简单操作，利用附带的自标定装置自动完成机器的光栅投影测量标定，便于快速进行实物的3D形状快速测量重建，具有结构紧凑、自动化程度高、操作方便等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种旋扫式自标定光栅投影3D重建仪
本技术涉及一种光栅投影设备，具体涉及一种旋扫式自标定光栅投影3D重建仪。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种旋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：一种旋扫式自标定光栅投影3D重建仪，包括机架、Z轴驱动模组、W轴旋转电机、旋转座、光栅扫描头、拖挂电磁铁、副Z轴导杆、副Z轴滑块、托盘挑臂、托盘、承台、标定棱柱、拖挂块和电脑；所述Z轴驱动模组由底座、Z轴导杆、Z轴滑块、丝杆、联轴器和Z轴电机组成，Z轴电机通过底座固定于机架上，Z轴导杆两端固定于机架上，丝杆两端通过轴承转动连接在机架上，与Z轴导杆平行，且其中一端通过联轴器与Z轴电机的电机轴转动连接，Z轴滑块同时穿套在Z轴导杆和丝杆上，与Z轴导杆呈滑动连接，与丝杆通过螺纹转动连接；所述光栅扫描头固定在Z轴滑块上；所述拖挂电磁铁与Z轴滑块连接，并设于光栅扫描头下方；所述副Z轴导杆为两个，分别设于Z轴驱动模组两侧，并分别套设有副Z轴滑块；所述托盘设于机架上，托盘中心位置处固定有W轴旋转电机，W轴旋转电机的电机轴上固定有旋转座，旋转座上固定有标定棱柱，标定棱柱上固定有承台；所述托盘上固定有拖挂块和托盘挑臂，拖挂块上设有与所述拖挂电磁铁适配的销孔，托盘挑臂与副Z轴滑块固定连接；所述电脑分别与Z轴电机、W轴旋转电机、拖挂电磁铁和光栅扫描头连接。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，所述标定棱柱的横截面为多边形。优选地，还包括多个缓冲垫，所述缓冲垫固定于托盘的下方。优选地，所述拖挂块为铁磁性物质。优选地，还包括照明灯，所述照明灯固定于机架上。本技术的有益效果：本技术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：本技术装置的立体示意图；图2：光栅扫描头的结构示意图；图3：本技术装置的侧面示意图；图4：电脑与相关部件的连接关系图；图中：1-机架，2-Z轴驱动模组，3-Z轴滑块，4-W轴旋转电机，5-旋转座，6-光栅扫描头，7-拖挂电磁铁，8-副Z轴导杆，9-副Z轴滑块，10-托盘挑臂，11-托盘，12-承台，13-标定棱柱，14-拖挂块，15-销孔，16-缓冲垫，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，J1-模型。具体实施方式下面结合附图具体介绍本技术的技术方案。如图1-4所示，一种旋扫式自标定光栅投影3D重建仪包括机架1、Z轴驱动模组2、W轴旋转电机4、旋转座5、光栅扫描头6、拖挂电磁铁7、副Z轴导杆8、副Z轴滑块9、托盘挑臂10、托盘11、承台12、标定棱柱13、拖挂块14和电脑18；所述Z轴驱动模组2由底座、Z轴导杆、Z轴滑块3、丝杆、联轴器和Z轴电机组成，Z轴电机通过底座固定于机架1上，Z轴导杆两端固定于机架1上，丝杆两端通过轴承转动连接在机架1上，与Z轴导杆平行，且其中一端通过联轴器与Z轴电机的电机轴转动连接，Z轴滑块3同时穿套在Z轴导杆和丝杆上，与Z轴导杆呈滑动连接，与丝杆通过螺纹转动连接；所述光栅扫描头6固定在Z轴滑块3上；所述拖挂电磁铁7与Z轴滑块3连接，并设于光栅扫描头6下方；所述副Z轴导杆8为两个，分别设于Z轴驱动模组2两侧，并分别套设有副Z轴滑块9；所述托盘11设于机架1上，托盘11中心位置处固定有W轴旋转电机4，W轴旋转电机4的电机轴上固定有旋转座5，旋转座5上固定有标定棱柱13，标定棱柱13上固定有承台12；所述托盘11上固定有拖挂块14和托盘挑臂10，拖挂块14上设有与所述拖挂电磁铁7适配的销孔15，托盘挑臂10与副Z轴滑块9固定连接；所述电脑18分别与Z轴电机、W轴旋转电机4、拖挂电磁铁7和光栅扫描头6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。所述吸光瓦23采用深色海绵、绒布、无纺布或塑料制成，所述标定棱柱13的横截面为多边形，还包括多个缓冲垫16，所述缓冲垫16固定于托盘11的下方，还包括照明灯17，照明灯17固定于机架1上。拖挂块14为铁磁性物质。工作原理：开始工作后的初始状态如下：光栅扫描头、拖挂电磁铁下行到最低位置，托盘也处于最低位置，W轴旋转电机反向旋转到归零位置，拖挂电磁铁的铁芯伸出并插入到拖挂块的销孔中将托盘锁定。在对实物模型进行3D测量重建之前需要对装置在承台在360度旋转范围内沿Z轴全行程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：电脑的控制系统发出控制信号将拖挂电磁铁的铁芯伸出并插入到拖挂块的销孔中将托盘锁定。此后，控制系统通过Z轴驱动模组、拖挂电磁铁、副Z轴导杆、副Z轴滑块、托盘挑臂带动托盘及旋转座、标定棱柱、光栅扫描头沿Z轴运动，同时W轴旋转电机驱动旋转座及标定棱柱作360度旋转以完成标定扫描运动。标定扫描过程中，在标定棱柱所处的每个位置上，光源发出的光透射过光栅板形成光栅投影在标定棱柱上，电脑通过摄像机采集标定棱柱上的投影栅线影像，通过软件计算出标定棱柱的三维形状并与标定棱柱的已知形状进行比较，从而对装置在标定棱柱整个旋转及垂直运动范围内的三维测量进行标定，而将来放置在承台上的待测实物的测量标定可通过标定数据在Z轴方向的平移得到。标定完成后，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：电脑控制系统发出控制信号将拖挂电磁铁的铁芯缩回以解除对托盘的锁定。此后，控制系统通过Z轴驱动模组带动光栅扫描头沿Z轴运动，同时W轴旋转电机驱动旋转座及承台、实物模型J1作360度旋转以完成测量扫描运动。测量扫描过程中，在实物模型J1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，电脑通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋扫式自标定光栅投影3D重建仪，其特征在于：包括机架、Z轴驱动模组、W轴旋转电机、旋转座、光栅扫描头、拖挂电磁铁、副Z轴导杆、副Z轴滑块、托盘挑臂、托盘、承台、标定棱柱、拖挂块和电脑；所述Z轴驱动模组由底座、Z轴导杆、Z轴滑块、丝杆、联轴器和Z轴电机组成，Z轴电机通过底座固定于机架上，Z轴导杆两端固定于机架上，丝杆两端通过轴承转动连接在机架上，与Z轴导杆平行，且其中一端通过联轴器与Z轴电机的电机轴转动连接，Z轴滑块同时穿套在Z轴导杆和丝杆上，与Z轴导杆呈滑动连接，与丝杆通过螺纹转动连接；所述光栅扫描头固定在Z轴滑块上；所述拖挂电磁铁与Z轴滑块连接，并设于光栅扫描头下方；所述副Z轴导杆为两个，分别设于Z轴驱动模组两侧，并分别套设有副Z轴滑块；所述托盘设于机架上，托盘中心位置处固定有W轴旋转电机，W轴旋转电机的电机轴上固定有旋转座，旋转座上固定有标定棱柱，标定棱柱上固定有承台；所述托盘上固定有拖挂块和托盘挑臂，拖挂块上设有与所述拖挂电磁铁适配的销孔，托盘挑臂与副Z轴滑块固定连接；所述电脑分别与Z轴电机、W轴旋转电机、拖挂电磁铁和光栅扫描头连接。

【技术特征摘要】
1.一种旋扫式自标定光栅投影3D重建仪，其特征在于：包括机架、Z轴驱动模组、W轴旋转电机、旋转座、光栅扫描头、拖挂电磁铁、副Z轴导杆、副Z轴滑块、托盘挑臂、托盘、承台、标定棱柱、拖挂块和电脑；所述Z轴驱动模组由底座、Z轴导杆、Z轴滑块、丝杆、联轴器和Z轴电机组成，Z轴电机通过底座固定于机架上，Z轴导杆两端固定于机架上，丝杆两端通过轴承转动连接在机架上，与Z轴导杆平行，且其中一端通过联轴器与Z轴电机的电机轴转动连接，Z轴滑块同时穿套在Z轴导杆和丝杆上，与Z轴导杆呈滑动连接，与丝杆通过螺纹转动连接；所述光栅扫描头固定在Z轴滑块上；所述拖挂电磁铁与Z轴滑块连接，并设于光栅扫描头下方；所述副Z轴导杆为两个，分别设于Z轴驱动模组两侧，并分别套设有副Z轴滑块；所述托盘设于机架上，托盘中心位置处固定有W轴旋转电机，W轴旋转电机的电机轴上固定有旋转座，旋转座上固定有标定棱柱，标定棱柱上固定有承台；所述托盘上固定有拖挂块和托盘挑臂，拖挂块上设有与所述拖挂电磁铁适配的销孔，托盘挑臂与副Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：白顺科，周惠，张俊，
申请(专利权)人：南京工业职业技术学院，
类型：新型
国别省市：江苏,32