一种定点三维相对位置坐标非接触式测量的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种定点三维相对位置坐标非接触式测量的方法及装置，包括支撑调节单元、转盘轴承单元、旋转云台单元、传感器检测单元以及数据通信单元，其中支撑调节单元安装于工作台面上，旋转云台单元通过转盘轴承单元转动安装于支撑调节单元上，传感器检测单元通过连接板安装于旋转云台单元上，数据通信单元接收传感器检测单元的检测信号并与上位机进行通讯。本发明专利技术具有便携性，止口圆盘及其以上所有部件都可以安装在其他工作台面上，通用性强，通过便于手动调节末端姿态的三自由度机械装置及相配合的传感器，实现对三维空间内任意点的非接触式测量，并通过串口通信完成被测点的三维相对位置坐标在上位机的显示。

【技术实现步骤摘要】
一种定点三维相对位置坐标非接触式测量的方法及装置
本专利技术涉及一种非接触式测量技术，具体为一种定点三维相对位置坐标非接触式测量的方法及装置。
技术介绍
在消防检测和建筑室内三维场景建模领域，为了实现对场景中某一特定目标点的三维相对位置坐标的估计，最简单、直观的方案是通过特定设备采用手动瞄准的方式进行测量。此类设备既要具备便于快速手动瞄准的机械设计，又要满足其自身组件或其他辅助设备的加装不遮挡其预期视角范围，同时还要保证测量和坐标估计的精度和速度。因此，面向上述实际需求设计开发一种高效、快速且精度较高的空间点三维相对位置坐标检测装置和方法具有很强现实意义。对于空间点位置的测量大致分为两种：第一种是对空间目标点距离的简单测量，实际工作中大量使用手持激光测距仪，这个仪器只能返回一个距离值或角度值，无法得出目标点相对于基座标系的三维坐标和姿态，且仪器本身没有算法程序，测量相对复杂。另外一种是基于视觉或结构光的测量。然而这对被测物体本身和测量环境要求很高，运算量比较大，对于消费级、移动设备来讲是个考验，成本过高也限制了其大规模的使用。
技术实现思路
针对现有技术中空间点位置的测量相对复杂、对被测物体本身和测量环境要求很高等不足，本专利技术要解决的问题是提供一种可快速手动调整以实现对待测空间点的人工瞄准的定点三维相对位置坐标非接触式测量的方法及装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术一种定点三维相对位置坐标非接触式测量装置，包括支撑调节单元、转盘轴承单元、旋转云台单元、传感器检测单元以及数据通信单元，其中支撑调节单元安装于工作台面上，旋转云台单元通过转盘轴承单元转动安装于支撑调节单元上，传感器检测单元通过连接板安装于旋转云台单元上，数据通信单元安装于工作台面上，接收传感器检测单元的检测信号并与上位机进行通讯。所述支撑调节单元包括：止口圆盘、止口配合圆盘、支撑柱、和内圈托盘，其中止口圆盘安装于工作台面上，止口配合圆盘安装于止口圆盘上，内圈托盘通过支撑柱安装于止口配合圆盘上；支撑调节单元还具有支撑柱垫圈和微调双头件，其中支撑柱垫圈为多个，分别设于各支撑柱与止口配合圆盘之间，微调双头件也为多个，分别设于各支撑柱与内圈托盘之间。所述旋转云台机构为一两自由度旋转云台，包括云台底座、一级旋转机构、竖直翻转机构、二级旋转机构、第一安装架和第二安装架；一级旋转机构一端通过云台底座转动安装于连接板上，一级旋转机构另一端竖直设有固定槽，竖直翻转机构以可调节高度的方式安装于固定槽中；二级旋转机构以可转动方式安装于竖直翻转机构上端；第一安装架固定安装在一级旋转机构侧面；第二安装架固定安装在竖直翻转机构侧面。一级旋转机构为L型板，L型板水平部分设有长孔，第一安装架经第一弹性联轴器通过第一紧固螺栓穿过长孔安装于云台底座上；第一安装架上安装传感器检测单元中的第一编码器。第二安装架经第二弹性联轴器通过第二紧固螺栓安装于竖直翻转机构侧面，第二安装架上安装传感器检测单元中的第二编码器。二级旋转机构通过第二紧固螺栓安装于竖直翻转机构上，二级旋转机构上安装激光测距传感器。传感器检测单元还包括磁栅尺和读磁头，固定安装在转盘轴承的外圈上，读磁头固定在转盘轴承的内圈上；磁栅尺和读磁头之间高度水平，留有间隙。本专利技术一种定点三维相对位置坐标非接触式测量方法，包括以下步骤：1)调整旋转云台单元中的竖直翻折机构，使其处于竖直状态，则检查线材是否连接正确牢固，然后打开上位机中检测软件，给传感器发送查询指令，传感器正常工作；2)调节转盘轴承，翻折竖直翻折机构，调节旋转云台机构，使激光照射到测量点，数据通信单元的显示装置上显示检测点的三维坐标；3)若想测量下一点坐标，继续调节转盘轴承和旋转云台机构，软件实时显示检测点三维坐标；4)检测完成之后，关闭软件，关闭上位机电源，完成测量。本专利技术还包括以下步骤：如果需要调整机构总体高度或进行其他测量，则松开高度调节螺栓，向上提起竖直翻折机构，并向外侧翻折，转至步骤2)。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术具有便携性，止口圆盘及其以上所有部件都可以安装在其他工作台面上，通用性强，通过便于手动调节末端姿态的三自由度机械装置及相配合的传感器，实现对三维空间内任意点的非接触式测量，并通过串口通信完成被测点的三维相对位置坐标在上位机的显示。2.本专利技术中支撑调节机构中的微调双头件实现了转盘轴承平面的水平度和高度的调节，工作台面修改之后依然能够保证检测的精度；3.本专利技术中转盘轴承、云台机构与激光测距传感器的配合设计，使得检测臂末端便于快速手动调整以实现对待测空间点的人工瞄准，且其检测范围覆盖水平方向360°、竖直方向270°的空间；实际使用过程中，转盘轴承中心上方圆柱体可以放置其他检测装置，而不影响空间点检测。4.本专利技术中磁栅尺与读磁头的配合使用，精度达到20um，激光测距传感器检测距离为0.05～100m，通过以上设备的配置可满足检测范围和精度的要求；绝对式编码器能够记录检测装置的绝对位置，掉电不丢失数据，装置最初确定安装细节之后，不论如何操作都不会对最终检测数据造成影响。5.本专利技术通过机器人连杆正向运动学综合传感器数据和装置本体机械尺寸计算空间点三维坐标，在上位机软件中可以瞬间得到数据并通过软件实现点在三维空间中的复现；上位机可以使用笔记本电脑或者平板，软件安装方便。附图说明图1为本专利技术装置整体结构示意图(状态一)；图2为本专利技术装置整体结构示意图(状态二)；图3为本专利技术中支撑调节机构图；图4为本专利技术中转盘轴承机构图；图5为本专利技术中旋转云台检测机构图；图6为本专利技术数据通信机构图；图7为本专利技术装置控制原理图。其中，1为支撑调节单元，2为转盘轴承单元，3为旋转云台单元，4为传感器检测单元，5为数据通信单元，6为工作台面，7为止口圆盘，8为止口配合圆盘，9为支撑柱垫圈，10为支撑柱，11为微调双头件，12为内圈托盘，13为转盘轴承内圈，14为转盘轴承外圈，15为连接板，16为云台底座，17为一级旋转机构，18为竖直翻转机构，19为二级旋转机构，20为第一铝铣架，21为第二铣架，22为第一调节旋钮，23为第二调节旋钮，24为高度调节螺栓，25为塞打螺栓，26为激光测距传感器，27为第一紧固螺栓，28为第一弹性联轴器，29为第一编码器，30为第二紧固螺栓，31为第二弹性联轴器，32为第二编码器，33为磁栅尺，34为读磁头，35为单片机，36为上位机。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步阐述。如图1、2所示，本专利技术一种定点三维相对位置坐标非接触式测量装置，设计单自由度转盘轴承与两自由度旋转云台组合的机械装置，选用可单独测量转角与距离的传感器配置，具体包括支撑调节单元1、转盘轴承单元2、旋转云台单元3、传感器检测单元4以及数据通信单元5，其中支撑调节单元1安装于工作台面6上，旋转云台单元3通过转盘轴承单元2转动安装于支撑调节单元1上，传感器检测单元4通过连接板15安装于旋转云台单元3上，数据通信单元5安装于工作台面6上，接收传感器检测单元4的检测信号并与上位机36进行通讯。如图3所示，支撑调节单元1包括：止口圆盘7、止口配合圆盘8、支撑柱10、和内圈托盘12，其中止口圆盘7安装于工作台面6上，止口配合圆盘8安装于止口圆盘7上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定点三维相对位置坐标非接触式测量装置，其特征在于：包括支撑调节单元、转盘轴承单元、旋转云台单元、传感器检测单元以及数据通信单元，其中支撑调节单元安装于工作台面上，旋转云台单元通过转盘轴承单元转动安装于支撑调节单元上，传感器检测单元通过连接板安装于旋转云台单元上，数据通信单元接收传感器检测单元的检测信号并与上位机进行通讯。

【技术特征摘要】
1.一种定点三维相对位置坐标非接触式测量装置，其特征在于：包括支撑调节单元、转盘轴承单元、旋转云台单元、传感器检测单元以及数据通信单元，其中支撑调节单元安装于工作台面上，旋转云台单元通过转盘轴承单元转动安装于支撑调节单元上，传感器检测单元通过连接板安装于旋转云台单元上，数据通信单元接收传感器检测单元的检测信号并与上位机进行通讯。2.根据权利要求1所述的定点三维相对位置坐标非接触式测量装置，其特征在于所述支撑调节单元包括：止口圆盘、止口配合圆盘、支撑柱、和内圈托盘，其中止口圆盘安装于工作台面上，止口配合圆盘安装于止口圆盘上，内圈托盘通过支撑柱安装于止口配合圆盘上。3.根据权利要求2所述的定点三维相对位置坐标非接触式测量装置，其特征在于还具有支撑柱垫圈和微调双头件，其中支撑柱垫圈为多个，分别设于各支撑柱与止口配合圆盘之间，微调双头件也为多个，分别设于各支撑柱与内圈托盘之间。4.根据权利要求1所述的定点三维相对位置坐标非接触式测量装置，其特征在于所述旋转云台机构为一两自由度旋转云台，包括云台底座、一级旋转机构、竖直翻转机构、二级旋转机构、第一安装架和第二安装架；一级旋转机构一端通过云台底座转动安装于连接板上，一级旋转机构另一端竖直设有固定槽，竖直翻转机构以可调节高度的方式安装于固定槽中；二级旋转机构以可转动方式安装于竖直翻转机构上端；第一安装架固定安装在一级旋转机构侧面；第二安装架固定安装在竖直翻转机构侧面。5.根据权利要求4所述的定点三维相对位置坐标非接触式测量装置，其特征在于：一级旋转机构为L型板，L型板水平部分设有长孔，第一安装架...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟晨，杨强，邱豪，丁宏军，司洪轩，孙昊，
申请(专利权)人：公安部沈阳消防研究所，东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21