[实用新型]一种非接触式复杂表面锥体信息采集装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于线结构光扫描的非接触式信息采集装置，应用于复杂表面锥体的非接触式测量。 

背景技术

三维体积测量技术在许多领域都有着不可忽略的作用，在工业生产、科研等部门，经常会有类似圆锥或棱锥的复杂表面锥体要求快速且准确地测量其体积和重构出三维图。传统手段的体积测量有排水法、三坐标测量法等。

传统体积测量中应用最为广泛的为排水法，它利用阿基米德原理，浸于液体中的物体所受到的浮力等于该物体排开的液体的重量，即                                                。测量体积时除了需要测量物体所受到的浮力外，还需要知道当前环境气压、温度、纬度等才可以确定液体密度、重力加速度。利用排水法测量物体体积对物体具有一定的要求，例如：物体密度需要大于水的密度，物体与水不存在物化反应，物体不吸水等。这就使得排水法测量体积具有很大的局限性。

三坐标测量技术利用笛卡尔坐标系对物体表面进行三坐标测量，获得的物体表面三维信息，从而获得物体体积。此方法精度高，但是该测量技术存在测量力、测量速度慢、测头半径的补偿、不能测量弹性或脆性材料等局限性，因此很难满足快速且准确地测量复杂表面物体体积的要求。

在现代测量技术中，目前非接触式测量技术主要基于超声波、激光三角测距、磁核共振、工业CT等手段， 而且这些技术大多采用海量“点云”数据进行复杂表面锥体的三维还原，再对其进行体积计算。这些方式虽然没有了一些接触测量的局限性，但是存在数据量巨大、环境光照影响大、对环境温湿度要求高、算法复杂、装置成本高等缺点。

发明内容

鉴于目前体积测量技术存在的缺点，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，依据线结构光光切原理，提供一种信息采集装置，无需求出物体的三维坐标，采集锥体形状信息，以利工作人员应用智能计算系统计算出该锥体的体积和重构出三维模型。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案在于：一种非接触式复杂表面椎体信息采集装置，包括一底座，底座上设有一竖直升降器，竖直升降器上设有一载物台并能实现载物台的升降；底座上还设有用于使载物台上待测锥体形成光切平面的线激光器；底座上还设有一相机导轨，相机导轨一端连接底座，另一端连接竖直升降器顶部，所述相机导轨上设置一能沿相机导轨滑动的黑白相机，使待测锥体顶点沿黑白相机拍摄方向能投影在待测锥体底面。

在本实用新型实施例中，所述线激光器具有三个，位于载物台周围，呈一三角状排列。

在本实用新型实施例中，每个线激光器位于一激光器支撑柱上。

在本实用新型实施例中，所述激光器支撑柱是高度可调式支撑柱。

在本实用新型实施例中，所述竖直升降器包含一竖直丝杆和一步进电机，所述步进电机通过所述竖直丝杆控制所述载物台的升降速度和高度。

在本实用新型实施例中，所述步进电机具有用于与一计算机连接的串口。

在本实用新型实施例中，所述相机导轨为弧形导轨。

在本实用新型实施例中，所述黑白相机具有用于与一计算机连接的串口。

本实用新型的信息采集原理为：

锥体截面轮廓标记：提供至少三个不同角度的线激光器，位于待测锥体周围，构成光切平面，光切平面法线与水平面夹角为，使待测锥体顶点沿光切平面法线方向能投影在待测锥体底面上，在待测锥体表面形成一个明亮的闭合轮廓光带；

扫描：提供一载物台、竖直丝杆和步进电机，所述步进电机通过竖直丝杆带动载物台上的待测锥体沿竖直方向以匀速下降，即光切平面相对于待测锥体由底端至顶端匀速移动，相当于每隔一固定时间光切平面扫过一台体，为采集间隔时间，通过调节采集间隔时间将待测锥体“切”为许多等高薄台体；

信息采集：提供一黑白相机，拍摄方向与光切平面法线方向相同，光切平面相对待测锥体匀速移动同时，所述黑白相机每间隔时间采集一次图像，即记录待测锥体不同光切平面处的截面轮廓大小及形状，并将采集到的图像、采集间隔时间以及图像张数P数据储存，以备传送至一计算机进行体积计算和三维重构。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

（1）实用新型结构简单，成本低；

（2）由于黑白相机对亮暗敏感，故可以通过减小光圈、周围背景涂黑既可以减小环境光对采集装置的影响，相对于光栅投影法等方式环境要求低；

（3)应用采集的信息进行图像处理和体积计算过程简单，无需通过计算海量的三坐标进行体积计算；