本发明专利技术涉及三维扫描测量领域，尤其涉及基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置及方法，包括安装有刀柄的数控机床和设置于刀柄上的三维扫描装置，且所述三维扫描装置包括可调夹具和拍照式三维扫描仪；拍照式三维扫描仪包括测头，测头底部设置有定焦镜头；可调夹具包括主轴支架和延长调节支架；主轴支架设置于刀柄上，并与刀柄固定连接，延长调节支架的一端设置于主轴支架上，延长调节支架的另一端设置于测头上。相比于现有技术，本技术方案可以将拍照式三维扫描仪快速集成安装在通用的数控机床上，实现大型零件的原位测量，解决目前拍照式三维扫描仪人工操作的安全性问题和机械臂测量的低效率、测量范围受限等问题。械臂测量的低效率、测量范围受限等问题。械臂测量的低效率、测量范围受限等问题。
【技术实现步骤摘要】
基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置及方法
[0001]本专利技术涉及三维扫描测量领域，尤其涉及基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置及方法。
技术介绍
[0002]为了满足飞机更高性能的需求，目前在飞机制造领域，零件呈现出了大型整体化的趋势，曲面也越来越复杂。面对大型、复杂曲面，传统的接触式探头测量已经不能满足测量需求，主要原因在于：1)使用测点拟合待测复杂曲面，需要采集的点较多，测量效率低；2)使用测点对曲面进行检验，本质上是一个抽样的测量过程，且样本量占比小，测量结果的信息量小，对于局部的过切、残留和变形等缺陷的识别能力差，因此所测结果可靠性差。因此，在该领域逐步转向三维扫描的方法，快速获取零件表面的密集点云，以提高大型复杂曲面测量的效率和可靠性。拍照式三维扫描仪是一种提供面扫描式三维扫描的设备，相对于传统的激光线扫描设备而言，具备扫描速度更快、精度更高、景深更大的优势。虽然单幅采集的零件曲面范围有限，但是通过多个位姿下拍摄的多幅照片，以重合局部的纹理或者表面标记点为依据，可以单幅曲面的自动拼接，进而快速实现大型复杂曲面零件的整个表面信息的数字化采集，完成大型复杂曲面零件的检验。
[0003]目前的拍照式三维扫描仪的应用方法仅有两种。方法1)人工操作便携式扫描仪进行拍照扫描，其局限性在于：
①
大型零件的测量需要人工需要登高作业，存在安全风险，
②
人工拍照时缺乏定位，相机和零件曲面的相对位置难以保证，拍摄时可能产生曲面的漏采集或者重复采集，降低工作效率。方法2)安装在配套的机械臂等自动化平台上进行测量，其局限性在于：
①
机械臂测量空间小，难以完成大型零件整个曲面的测量；
②
零件测量时需要从加工机床上拆除，安放到扫描仪的平台上才能进行测量，如果需要后续的修正加工，则需要再次将零件装回加工机床，此过程中的多次安装、拆卸过程会降低零件制造检测环节的效率。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种拍照式三维扫描仪的原位集成方法及装置，按照通用刀具的安装的方式，可以快速将便携拍照式三维扫描仪集成安装在不同型号的数控加工机床上，实现大型零件在加工前后的原位测量，解决目前拍照式三维扫描仪人工操作的安全性问题和机械臂等额外自动化平台上测量的低效率问题。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0006]基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置，包括安装有刀柄的数控机床主轴，其特征在于：还包括设置于所述刀柄上的三维扫描装置，且所述三维扫描装置包括可调夹具和拍照式三维扫描仪；所述拍照式三维扫描仪包括测头，测头底部设置有定焦镜头；所述可调夹具包括主轴支架和延长调节支架；主轴支架设置于刀柄上，并与刀柄固定连接，延长调节支架的一端设置于主轴支架上，延长调节支架的另一端设置于测头上。
[0007]优选的，所述延长活动支架包括装夹臂、“L”型连接圆柱和“L”型连接圆管；“L”型连接圆管包含长管和短管，长管与短管相互垂直设置，两者相互配合构成“L”型，长管靠近管口的一端和短管靠近管口的一端分别周向等距间隔设置有若干压紧螺钉，优选的，长管和短管上分别设置有三颗或四颗压紧螺钉；“L”型连接圆柱包含长柱和短柱，长柱与短柱相互垂直设置，两者相互配合构成“L”型，长柱插入长管中，并通过压紧螺钉与长管固定连接；装夹臂包括连接板，连接板的一端垂直设置有插孔圆柱Ⅰ，插孔圆柱Ⅰ插入短管，并通过压紧螺钉与短管固定连接；连接板的另一端设置有若干连接螺钉，优选的，设置有三颗或四颗连接螺钉，所述测头通过连接螺钉与连接板固定连接。
[0008]优选的，所述主轴支架包括支架主体；支架主体的一端垂向设置有插孔圆柱Ⅱ，支架主体通过插孔圆柱Ⅱ与刀柄固定连接，具体的，插孔圆柱Ⅱ插入刀柄的轴心孔，插孔圆柱Ⅱ与轴心孔相互配合，使支架主体与刀柄固定连接；支架主体的另一端径向设置有接杆圆管，接杆圆管靠近管口的一端周向等距间隔设置有若干压紧螺钉，优选的，设置有三颗或四颗压紧螺钉，“L”型连接圆柱的短柱插入接杆圆管，并通过压紧螺钉与接杆圆管固定连接。
[0009]综上所述，可调夹具上设置有三处压紧螺钉，可调夹具压紧螺钉松开后，压紧螺钉对应的部位出现相应的圆柱副结构。
[0010]基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描方法，其特征在于：包括编制NC程序、安装三维扫描装置、设置功能模块和执行扫描工作，需要说明的是，对于同一台数控机床，编制NC程序和设置功能模块只需在第一次使用三维扫描装置时进行；
[0011]所述编制NC程序：在数控机床的主轴上安装带有铣刀的刀柄，并在待测曲面上分布节点，连接待节点构成铣刀刀尖的移动轨迹，在通用的CAM软件中编制相应的，并在数控机床上运行NC程序，使铣刀的刀尖按照NC程序中的运动指令沿移动轨迹运动，铣刀的刀轴待测曲面时刻保持垂直，当铣刀刀尖运动到节点时，NC程序中出现拍照控制指令；
[0012]所述安装三维扫描装置：取下带有铣刀的刀柄，并在主轴上安装相同型号的刀柄，通过在刀柄上安装可调夹具，并将拍照式三维扫描仪的测头固定在可调夹具上，拧松可调夹具上的压紧螺钉，通过可调夹具调整测头的位置，使测头的X轴、Y轴和Z轴分别与数控机床的X轴、Y轴和Z轴平行且方向相同，待调整好测头的位置后，拧紧可调夹具上的压紧螺钉，使测头固定；
[0013]所述设置功能模块：在数控机床的PLC控制器中添加相应的功能模块，用于捕获NC程序中的拍照控制指令，并将该拍照控制指令输入到拍照试三维扫描仪的控制器中，用于控制测头拍照；
[0014]执行扫描工作：在数控机床上运行NC程序，使测头底部定焦镜头下的焦点沿移动轨迹运动，当运动到节点的位置时，拍照试三维扫描仪的控制器接收到拍照控制指令，测头对该节点进行拍照，拍照试三维扫描仪更具自身的分析系统对理论模型和采集图片对比，并输出对比结果。
[0015]优选的，还包括运行补偿；所述运行补偿：在所述编制NC程序的过程中，平移数控机床的X轴、Y轴和Z轴，将铣刀的刀尖移动到固定坐标点O，记录机床坐标P1；在所述安装三维扫描装置的过程中，平移数控机床的X轴、Y轴和Z轴，将测头底部定焦镜头下的焦点移动到固定坐标点O，记录机床坐标P2，进一步得到标定的补偿向量在NC程序中所有运动
指令的[X,Y,Z]坐标上加上向量进行补偿，并将补偿后的坐标作为新的运动指令坐标。
[0016]优选的，任意两个相邻节点之间的距离不超过测头的单幅测量范围。
[0017]优选的，所述移动轨迹是按往复的方式依次连接相邻节点形成的轨迹。
[0018]优选的，所述拍照控制指令中包括依次设置的稳定延时指令、拍照触发指令、通讯延时指令、拍照停止指令和曝光延时指令。
[0019]优选的，所述功能模块为在数控机床的PCL控制器中添加的额外PLC程序段，程序段的功能为捕获NC程序中的拍照触发指令和拍照停止指令并产生脉冲信号输出到拍照试三维扫描仪的控制器，控制测头拍一幅照片。
[0020]优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置，包括安装有刀柄(5)的数控机床主轴(1)，其特征在于：还包括设置于所述刀柄(5)上的三维扫描装置，且所述三维扫描装置包括可调夹具和拍照式三维扫描仪(4)；所述拍照式三维扫描仪(4)包括测头(4.1)，测头(4.1)底部设置有定焦镜头(4.2)；所述可调夹具包括主轴支架(2)和延长调节支架(3)；主轴支架(2)设置于刀柄(5)上，并与刀柄(5)固定连接，延长调节支架(3)的一端设置于主轴支架(2)上，延长调节支架(3)的另一端设置于测头(4.1)上。2.基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置，其特征在于：所述延长活动支架包括装夹臂(3.1)、“L”型连接圆柱(3.2)和“L”型连接圆管(3.3)；“L”型连接圆管(3.3)包含长管(3.3.1)和短管(3.3.2)，长管(3.3.1)靠近管口的一端和短管(3.3.2)靠近管口的一端分别周向等距间隔设置有若干压紧螺钉(3.4)；“L”型连接圆柱(3.2)包含长柱(3.2.1)和短柱(3.2.2)，长柱(3.2.1)插入长管(3.3.1)中，并通过压紧螺钉(3.4)与长管(3.3.1)固定连接；装夹臂(3.1)包括连接板(3.1.1)，连接板(3.1.1)的一端垂直设置有插孔圆柱Ⅰ(3.1.2)，插孔圆柱Ⅰ(3.1.2)插入短管(3.3.2)，并通过压紧螺钉(3.4)与短管(3.3.2)固定连接；连接板(3.1.1)的另一端设置有若干连接螺钉(3.5)，所述测头(4.1)通过连接螺钉(3.5)与连接板(3.1.1)固定连接。3.基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置，其特征在于：所述主轴支架(2)包括支架主体(2.1)；支架主体(2.1)的一端垂向设置有插孔圆柱Ⅱ(2.2)，支架主体(2.1)通过插孔圆柱Ⅱ(2.2)与刀柄(5)固定连接；支架主体(2.1)的另一端径向设置有接杆圆管(2.3)，接杆圆管(2.3)靠近管口的一端周向等距间隔设置有若干压紧螺钉(3.4)，“L”型连接圆柱(3.2)的短柱(3.2.2)插入接杆圆管(2.3)，并通过压紧螺钉(3.4)与接杆圆管(2.3)固定连接。4.基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描方法，其特征在于：包括编制NC程序、安装三维扫描装置、设置功能模块和执行扫描工作；所述编制NC程序：在数控机床的主轴(1)上安装带有铣刀的刀柄(5)，并在待测曲面(6)上分布节点(6.1)，连接待节点(6.1)构成铣刀刀尖的移动轨迹(6.2)，在通用的CAM软件中编制相应的，并在数控机床上运行NC程序，使铣刀的刀尖按照NC程序中的运动指令沿移动轨迹(6.2)运动，铣刀的刀轴待测曲面(6)时刻保持垂直，当铣刀刀尖运动到节点(6.1)时，NC程序中出现拍照控制指令；所述安装三维扫描装置：取下带有铣刀...
【专利技术属性】
技术研发人员：易晓满，黄明聪，李卫东，刘子渝，马彪，钱松，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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