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CN104215198A - 管状物体内表面三维轮廓扫描装置 - Google Patents

管状物体内表面三维轮廓扫描装置 Download PDF

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CN104215198A CN201410421070.4A CN201410421070A CN104215198A CN 104215198 A CN104215198 A CN 104215198A CN 201410421070 A CN201410421070 A CN 201410421070A CN 104215198 A CN104215198 A CN 104215198A
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徐静
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NANJING TIANRUILANG AUTOMATION SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种管状物体内表面三维轮廓扫描装置，该装置计算机通过运动控制卡和驱动器驱动电机旋转，电机承载的三维测量模块沿被测物体内表面的轴线旋转；一字线激光器产生光平面投射到管状物体内表面上，经过物体表面的漫反射，部分光线反射到相机中，相机获得图像输入到计算机中并计算出当前光平面与物体内表面相交的局部区域在三维测量模块坐标系中的三维坐标；通过硬件同步，相机采集图像的同时编码器记录下电机当前旋转角度，将三维测量模块坐标系中的三维坐标变换到固定的内表面三维轮廓扫描装置坐标系中，通过三维测量模块旋转360度，获得被测物体内表面完整三维轮廓，实现对物体内表面完整轮廓的三维测量，避免了大直径管状物体运动。

Description

管状物体内表面三维轮廓扫描装置
技术领域
本发明涉及一种扫描装置，具体是一种管状物体内表面三维轮廓扫描装置，属于光学测量和计算机视觉技术领域。
背景技术
管状物体内表面三维轮廓扫描装置是主要用于物体内表面三维轮廓进行测量，以获得物体内表面的三维空间坐标。它的重要意义在于能够测量检测管状物体的内表面，特别是检测圆管状物体内表面的圆柱度。
中国专利授权公告号CN202018277U，公告日2011年10月26日的发明专利《回转体三维扫描系统》；中国专利公告号CN2244746Y，公告日1997年1月8日的发明专利《三维图像扫描装置》，均公开了一种物体外表面的三维成像装置。该装置将被测物体放置在回转平台上按照预定角度旋转，激光器与相机是固定的，该装置可以测量物体的外表面。但是上述两种装置的不足之处是：该装置无法测量物体的内表面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种管状物体内表面三维轮廓扫描装置，该扫描装置实现了管状物体内表面测量的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种管状物体内表面三维轮廓扫描装置，其特征在于包含三维测量模块、运动模块和数据处理模块，其中：
三维测量模块包含一字线激光器和相机，一字线激光器与相机的相对位置关系是固定的；
运动模块包含电机、编码器、驱动器、运动控制卡；
数据处理模块包含计算机；
所述计算机通过运动控制卡和控制驱动器驱动电机进行旋转运动，电机承载的三维测量模块沿被测物体内表面的轴线按照步距角进行旋转运动；一字线激光器产生的光平面投射到管状物体内表面上，经过物体表面的漫反射，部分光线反射到相机中，相机获得图像输入到计算机中并计算出当前光平面与物体内表面相交的局部区域在三维测量模块坐标系中的三维坐标；通过硬件同步，相机图像采集与编码器的数据采集是同步的，相机采集图像的同时编码器记录下电机当前的旋转角度，从而将三维测量模块坐标系中的三维坐标变换到固定的内表面三维轮廓扫描装置坐标系中，通过三维测量模块旋转360度，获得被测物体内表面完整三维轮廓。
所述相机的外触发连接于运动控制卡的IO上，运动控制卡控制电机每旋转一固定角度后，通过相机的外触发控制相机曝光成像。
所述三维测量模块采用单个相机，或采用多个相机。
本发明所述的内表面三维轮廓扫描装置的特点是：相机与激光器组成的三维测量模块进行旋转，被测物体固定不动，从而实现了对物体内表面进行三维扫描，是区别现有物体外表面三维扫描装置的创新点之一。通过三维测量模块进行旋转实现了对物体内表面完整轮廓的三维测量，避免了大直径管状物体运动。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明管状物体内表面三维轮廓扫描装置包含三维测量模块、运动模块和数据处理模块。
三维测量模块包含一字线激光器1和相机2，所述一字线激光器1与相机2的相对位置关系是固定的。所述三维测量模块可以采用单个相机2，也可以采用多个相机2。
运动模块包含电机3、编码器4、驱动器5、运动控制卡6；
数据处理模块包含计算机7，计算机7也可以采用其他专用芯片替代，如DSP、FPGA等。计算机7通过运动控制卡6和控制驱动器5驱动电机3进行旋转运动，电机3承载的三维测量模块沿被测物体内表面的轴线按照一定的步距角进行旋转运动。
一字线激光器1的产生的光平面投射到管状物体内表面上，经过物体表面的漫反射，部分光线反射到相机2中，相机获得图像输入到计算机7中并计算出当前光平面与物体内表面相交的局部区域在三维测量模块坐标系中的三维坐标。通过硬件同步，相机2图像采集与编码器4的数据采集是同步的，相机采集图像的同时编码器4记录下电机3当前的旋转角度，从而将三维测量模块坐标系中的三维坐标变换到固定的内表面三维轮廓扫描装置坐标系中。具体地，相机2的外触发连接于运动控制卡6的IO上，运动控制卡6控制电机3每旋转一固定角度后，通过相机2的外触发控制相机2曝光成像。通过三维测量模块旋转360度，获得被测物体内表面完整三维轮廓。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种管状物体内表面三维轮廓扫描装置，其特征在于包含三维测量模块、运动模块和数据处理模块，其中：
三维测量模块包含一字线激光器(1)和相机(2)，一字线激光器(1)与相机(2)的相对位置关系是固定的；
运动模块包含电机(3)、编码器(4)、驱动器(5)、运动控制卡(6)；
数据处理模块包含计算机(7)；
所述计算机(7)通过运动控制卡(6)和控制驱动器(5)驱动电机(3)进行旋转运动，电机(3)承载的三维测量模块沿被测物体内表面的轴线按照步距角进行旋转运动；一字线激光器(1)产生的光平面投射到管状物体内表面上，经过物体表面的漫反射，部分光线反射到相机(2)中，相机获得图像输入到计算机(7)中并计算出当前光平面与物体内表面相交的局部区域在三维测量模块坐标系中的三维坐标；通过硬件同步，相机(2)图像采集与编码器(4)的数据采集是同步的，相机采集图像的同时编码器(4)记录下电机(3)当前的旋转角度，从而将三维测量模块坐标系中的三维坐标变换到固定的内表面三维轮廓扫描装置坐标系中，通过三维测量模块旋转360度，获得被测物体内表面完整三维轮廓。
2.根据权利要求1所述的管状物体内表面三维轮廓扫描装置，其特征在于：所述相机(2)的外触发连接于运动控制卡(6)的IO上，运动控制卡(6)控制电机(3)每旋转一固定角度后，通过相机(2)的外触发控制相机(2)曝光成像。
3.根据权利要求1所述的管状物体内表面三维轮廓扫描装置，其特征在于：所述三维测量模块采用单个相机(2)。
4.根据权利要求1所述的管状物体内表面三维轮廓扫描装置，其特征在于：所述三维测量模块采用多个相机(2)。
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