[发明专利]三维形状测量装置

说明书

本发明涉及一种三维形状测量装置，该装置用于测量被测物体(例如人体)表面的三维形状。

所知的一种传统的三维形状测量装置是日本专利公报No.Hei 5-71882中所描述的那种。这种三维形状测量装置具有如图13A和13B所示的结构，使其具有一个距离测量圆环120，在测量圆环120中成环状排列着一批用于测量到被测物体2表面的距离的探测头121，并且整个圆环可沿垂直方向移动，一个用于导引测量圆环120垂直移动的导引构件102，一个移动测量圆环120的驱动机构103。借助于该三维形状测量装置，将被测物体例如人体置于测量圆环120中，上下移动测量圆环120的同时操作探测头121，在测量圆环120的每一垂直位置处采集每一个探测头121测得的距离数据，随后处理这些数据，这样来测量被测量物体2的表面的三维形状。由于测量圆环120的重量是如此之大，由于惯性，这种三维形状测量装置在测量圆环120移动速度变得均匀前需要一段时间。为了在这段时间内能同样进行准确的形状测量，探测测量圆环120的位置并且使测量圆环120的操作定时和探测头121的相匹配，从而使被测物体2的形状测量准确。

然而，这种传统的三维形状测量装置具有如下所述的种种问题。

首先，为了准确测量被测物体的表面形状，需要许多探测头121，这样增加了费用。此外，探测头必须准确定位使其朝向一预定点(朝向中心)，这使调节困难。在安装后要求工程师进行长时间的调节，增加了初步费用。

其次，由于安装在测量圆环120中的每一个探测头121(距离探测器)指向测量圆环120的中心，当被测物体2的表面具有凸出部位和凹陷处时，例如，当被测物体是人体时，腋窝下和两腿分叉处下的凹陷部分被被测物体自身的其他部位所遮住，例如，被手臂或大腿股所遮住，这样对凸出或凹陷部分的形状就不能进行准确的测量。

第三、当被测物体是一种重量较重的物体，例如人体时，一旦将被测物体置于装置中准备测量时，将由于被测物体的重量使装置产生细微的变形。那么测量圆环和被测物体之间的相对位置将产生偏差，使测量不准确。为了解决这个问题，可以想到的是通过加固装置的框架将装置构筑于刚度增强的结构上。然而，这种结构极大地增加了整个装置的重量，将使装置的装配工作和安装工作困难，从而降低了它的可操纵性。另处，该装置只能安装在能够承受它的重量的地面上，安装地点受到限制。此外，这也成为增加该装置部件的费用的一个原因。

第四、测量物体被限定于比测量圆环的可移动范围小的物体。具体地说，如果被测物体是一个高大的物体，高于测量圆环的可移动范围，那么被测物体可被测量的形状部分自然就仅限于在测量圆环的可移动范围内的部分。也就是说，存在不能测量被测物体的上面和下面部位形状的情况。

第五、如果置于装置中准备测量的被测物体在测量过程中移动，测量将无效并且被测物体可能碰到测量圆环从而损坏测量圆环。

第六、由于测量圆环很重，需要安装一个大马力的电机作为驱动设备以驱动测量圆环，这进一步增加了整个装置的重量，同样也增加了运转电机所必须的电力。

为了解决上述问题完成了本发明。本发明的第一个目的是提供一种能够用少量的探测器准确测量三维形状的装置。本发明的第二个目的是提供一种当被测物体是人体时能够可靠地测量腋窝下和两腿之间的分叉处下的部位的形状的三维形状测量装置。本发明的第三个目的是提供一种轻型的能够测量重物体的装置。本发明的第四个目的是提供一种能够可靠地测量大尺度被测物体的整体形状的装置。本发明的第五个目的是提供一种确保探测器的保护和被测物体的安全的装置。最后，本发明的第六个目的是减少装置的工作电力。

根据本发明的三维形状测量装置是一种以无接触方式探测被置于测量区间中的被测物体的三维形状的装置，它包括：(1)一个活动框架，该活动框架安装在测量区间周围以便围绕通过测量区间中心的预定轴，并可沿预定轴的方向移动；(2)4个或4个以上的探测器，这些探测器用来测量到被测物体不同部位的表面的距离，探测器沿圆周方向被布置在活动框架上使多于一个的探测器主要被布置在活动框架的两对边的预定区域内；(3)用于沿轴的方向移动活动框架的驱动机构；(4)用于探测并输出沿轴的方向移动的活动框架的位置的位置探测设备；和(5)用于根据每个探测器和位置探测设备的输出结果计算活动框架在每一移动位置处时各个探测器到被测物体表面的距离数据，并根据距离数据分析被测物体的表面的三维形状的分析设备，其中，所述4个或4个以上的探测器的各光轴相交于所述轴的方向上的投影面上的不同点。