专利名称：非接触三维坐标快速测定记录装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种非接触三维坐标快速测定记录装置，具体地说是一种电子扫描式光栅非接触自由曲面三维坐标快速测定记录装置。
已有技术，如各类接触三维坐标测定记录装置，非接触光条扫描三维坐标测量装置以及结构光三维坐标测量装置都不能对人体(包括头部)这样自然复杂的形体在瞬时作全面的三维坐标的测量和记录。
本实用新型的任务在于提供一种装置能迅速(0.1秒内)拍摄一些形状复杂的物体其中包括人体头部的表面，得到一组带有条纹的照片或图像信号，这些照片或图像信号可以通过计算机系统进行处理，算出被测物体表面(多达几十万点)的三维坐标值。本实用新型如采用彩色成像装置除三维坐标值还可得到这些坐标点的彩色信号。
解决上述任务的技术方案的特点是具有一个机架［1］，它可以由刚性材料制成，坚固牢靠。在所说的机架［1］上装有若干层支架，在所述的支架上以一定的位置及角度安有若干套测定记录单元。所说的测定记录单元可分成二类，一类是由一个投射器和一个成像装置构成；另一类是由一个投射器和若干个成像装置构成。所说的投射器由光栅和光源构成。所说的成像装置可以采用照相机，也可以采用摄像机。如果是照相机与其相配的投射器的光源是闪光灯，如果是摄像机与其相配的投射器的光源是连续光源。本实用新型所有的测定记录单元是由扫描控制器［6］控制，按一定的时序扫描被测物体的各个侧面，所说的扫描控制器［6］是商用时序控制器，也可以用通用电路组装。
本实用新型中各个测定记录单元也可以通过各种支架以一定的位置及角度固定在一个房间的四壁，顶和地板上。
本实用新型的工作原理如下当测定记录单元工作时，投射器向被测物体投射明暗相间的光栅，同时成像装置拍摄被测物体，从而得到带有与被测物体表面形状相关的条纹的照片或图像信号。对于这些照片或图像信号专用计算机是使用三角测量原理来求导出三维坐标，三角形必须具备非零的底边，因此在一个测定记录单元中投射器的安装应与成像装置相隔一定的距离，在被测物体上只有那些能被投射器投射的光栅复盖同时又能被成像装置拍摄到的表面，其三维坐标才能被测量，对于象人体头部这样形状复杂的物体必须在不同的位置以一定的角度使用多个测定记录单元才能作全面的测定和记录，依据上述原理，本实用新型机架的尺寸，支架的直径，数量，支架间的距离，支架上安装的测定记录单元的类型，数量，方位可根据被测物的情况确定。
本实用新型具体的结构和工作原理将结合下面的实施例说明图(1)是非接触三维坐标快速测定记录装置结构示意图；图(2)是扫描控制器［6］原理图；图(3)是支架［2－1］上的测定记录单元分布图；图(4)是支架［2－2］上的测定记录单元分布图；图(5)是支架［2－3］上的测定记录单元分布图；图(6)是投射器示意图。
本实用新型实施例的结构如图(1)机架［1］上装有三层支架［2－1］，［2－2］，［2－3］。支架［2－1］固定三套测定记录单元［3－1］，［3－2］，［3－3］，俯视被测物体；支架［2－2］固定二套测定记录单元［3－4］，［3－5］，仰视被测物体；支架［2－3］固定二套测定记录单元［3－6］，［3－7］，仰视被测物体。机架［1］及支架［2－1］，［2－2］，［2－3］对称于纵参考轴［55］和横参考轴［56］，纵参考轴［55］和横参考轴［56］相互垂直。如图(3)所示，支架［2－1］上固定的测定记录单元［3－1］，［3－2］，［3－3］分别有一个投射器［4－1］，［4－2］，［4－3］和一个成像装置［5－1］，［5－2］，［5－3］，它们的中心光轴的夹角为40度。三套测定记录单元［3－1］，［3－2］，［3－3］间隔120度，且对称于纵参考轴［55］。如图(4)所示支架［2－2］固定的二套测定记录单元［3－4］，［3－5］分别有一个投射器［4－4］，［4－5］和二个成像装置［5－4r］与［5－4l］，［5－5r］与［5－5l］，投射器［4－4］，［4－5］分别固定在二个成像装置［5－4r］与［5－4l］，［5－5r］与［5－5l］中间。投射器［4－4］的中心光轴与成像装置［5－4r］，［5－4l］的中心光轴的夹角为40度。投射器［4－5］的中心光轴与成像装置［5－5r］，［5－5l］的中心光轴的夹角为40度。二套测定记录单元［3－4］，［3－5］间隔100度，对称于纵参考轴［55］。如图［5］所示，支架［2－3］上固定的测定记录单元［3－6］，［3－7］分别有一个投射器［4－6］，［4－7］和一个成像装置［5－6］，［5－7］，它们的中心光轴的夹角为35度。二套测定记录单元［3－6］，［3－7］间隔105度，且对称于纵参考轴［55］。如图(6)所示所有的投射器是由光栅［54］和光源［40］构成。
本实施例的工作是由扫描控制器［6］控制，图(2)是扫描控制器［6］原理图，它由时钟脉冲发生器［48］，启动电路［50］，清零电路［49］，计数器［31］及控制通道［41－1］，［41－2］，［41－3］，［41－4］，［41－5］构成。时钟脉冲发生器［48］中反相器［8］的输入端与反相器［10］的输出端相连作为时钟脉冲发生器［48］的输出端［45］，反相器［8］的输出端与反相器［9］的输入端及电容［11］的一端相连，电容［11］的另一端与可变电阻［12］及电阻［13］的连接点相连，可变电阻［12］另一端与反相器［9］的输出端相连，电阻［13］的另一端与反相器［10］的输入端相连。时钟脉冲发生器［48］的输出端［45］与计数器［31］时钟脉冲输入端相连。清零电路［49］中电阻［23］的一端与计数器［31］中的时钟输入允许端及q6端相连，电阻［23］的另一端与三极管［22］的基极相连，电容［24］接在三极管［22］的基极与发射极之间，三极管［22］的发射极接地［43］，三极管［22］的集电极与电阻［20］的一端及三极管［19］的基极相连，电阻［20］的另一端与继电器［18］中的常开触点［16］的一端相连，常开触点［16］的另一端与12v电源［47］相连，三极管［19］的发射极通过电阻［21］接地［43］，三极管［19］的集电极通过继电器［18］及二极管［17］接到12v电源［47］，二极管［17］的正极与三极管［19］的集电极相连。继电器［18］中的常闭触点［15］的一端接到12v电源［47］，另一端与电阻［14］的一端相连作为清零电路的输出端［52］，电阻［14］的另一端接地［43］，清零电路的输出端［52］与计数器［31］中的清零端相连。启动电路［50］中的按键［7］一端接到12v电源［47］，另一端与电阻［29］及电解电容［30］的正极相连，电阻［29］的另一端接地［43］，电解电容［30］的负极与反相器［25］输入端及电阻［28］的一端相连，电阻［28］的另一端接地［43］，反相器［25］的输出端与反相器［26］的输入端相连，反相器［26］的输出端与电阻［27］的一端相连，电阻［27］的另一端与清零电路［49］中的三极管［19］的基极相连。
本实施例使用五个控制通道［41－1］，［41－2］，［41－3］，［41－4］，［41－5］，它们的输入端［51－1］，［51－2］，［51－3］，［51－4］，［51－5］分别与计数器［31］中的q1，q2，q3，q4，q5端相连。［51－1］，［51－2］，［51－3］，［51－4］，［51－5］分别与电阻［32－1］，［32－2］，［32－3］，［32－4］，［32－5］一端相连，电阻［32－1］，［32－2］，［32－3］，［32－4］，［32－5］的另一端分别与三极管［33－1］，［33－2］，［33－3］，［33－4］，［33－5］的基极相连，三极管［33－1］，［33－2］，［33－3］，［33－4］，［33－5］的集电极接到12v电源［47］，它们的发射极分别与继电器［34－1］，［34－2］，［34－3］，［34－4］，［34－5］和二极管［35－1］，［35－2］，［35－3］，［35－4］，［35－5］的负极相连，继电器［34－1］，［34－2］，［34－3］，［34－4］，［34－5］的另一端分别与二极管［35－1］，［35－2］，［35－3］，［35－4］，［35－5］的正极相连后接地［43］，继电器［34－1］，［34－2］，［34－3］，［34－4］，［34－5］分别带有常开触点［36－1］，［36－2］，［36－3］，［36－4］，［36－5］，它们的一端与200v电源［42］相连，在控制通道［41－1］中常开触点［36－1］另一端与快门控制器［37－3］的一端及二极管［38－1］的负极相连，快门控制器［37－3］的另一端与二极管［38－1］的正极相连后接200v电源的地［44］。成像装置［5－3］中的闪光灯控制触点［39－3］的二端与光源［40－3］中的二个输入端相连。快门控制器［37－3］装在成像装置［5－3］上。光源［40－3］装在投射器［4－3］中。控制通道［41－2］中常开触点［36－2］另一端与快门控制器［37－4r］，［37－4l］的一端及二极管［38－2］的负极相连，快门控制器［37－4r］，［37－4l］另一端与二极管［38－2］的正极相连后接200v电源的地［44］。成像装置［5－4r］中的闪光灯控制触点［39－4r］的二端与成像装置［5－4l］中的闪光灯控制触点［39－4l］的二端串联后和光源［40－4］中的二个输入端相连。快门控制器［37－4r］装在成像装置［5－4r］上。快门控制器［37－4l］装在成像装置［5－4l］上。光源［40－4］装在投射器［4－4］中。控制通道［41－3］中常开触点［36－3］另一端与快门控制器［37－5r］，［37－5l］的一端及二极管［38－3］负极相连，快门控制器［37－5r］，［37－5l］的另一端与二极管［38－3］的正极相连后接200v电源的地［44］。成像装置［5－5r］中的闪光灯控制触点［39－5r］的二端与成像装置［5－5l］的闪光灯控制触点［39－5l］的二端串联后和光源［40－5］中的二个输入端相连。快门控制器［37－5r］装在成像装置［5－5r］上。快门控制器［37－5l］装在成像装置［5－5l］上。光源［40－5］装在投射器［4－5］中。在控制通道［41－4］中常开触点［36－4］另一端与快门控制器［37－1］，［37－6］的一端及二极管［38－4］的负极相连，快门控制器［37－1］，［37－6］的另一端与二极管［38－4］的正极相连后接200v电源的地［44］。成像装置［5－1］中的闪光灯控制触点［39－1］二端与光源［40－1］中的二个输入端相连。成像装置［5－6］的闪光灯控制触点［39－6］的二端与光源［40－6］中的二个输入端相连。光源［40－6］装在投射器［4－6］中。光源［40－1］装在投射器［4－1］中。快门控制器［37－1］装在成像装置［5－1］上。快门控制器［37－6］装在成像装置［5－6］上。在控制通道［41－5］中常开触点［36－5］另一端与快门控制器［37－2］，［37－7］的一端及二极管［38－5］的负极相连，快门控制器［37－2］，［37－7］的另一端与二极管［38－5］的正极相连后接200v电源的地［44］。成像装置［5－2］中的闪光灯控制触点［39－2］的二端与光源［40－2］中的二个输入端相连。成像装置［5－7］中的闪光灯控制触点［39－7］的二端与光源［40－7］中的二个输入端相连。快门控制器［37－2］装在成像装置［5－2］上。快门控制器［37－7］装在成像装置［5－7］上。光源［40－2］装在投射器［4－2］中。光源［40－7］装在投射器［4－7］中。
本实施例工作过程如下被测物体在机架［1］内，操作者对好被测物体的测量部位后，压下按键［7］，启动电路［50］提供一个脉冲，使清零电路［49］中的三极管［19］导通，继电器［18］吸合，其常闭触点［15］断开，计数器［31］清零端为低电平，计数器［31］开始对时钟脉冲发生器［48］输出的节拍脉冲进行计数，由于继电器的常开触点［16］的吸合使三极管［19］维持继电器［18］的吸合状态，计数器［31］按时钟脉冲的节拍依次由输出端q1 q5发出正向脉冲，其输出的脉冲使控制通道［41－1］，［41－2］，［41－3］，［41－4］，［41－5］控制各自的测定记录单元［3－3］，［3－4］，［3－5］，［3－1］，［3－6］，［3－2］，［3－7］按预定次序扫描被测物体的表面。当计数器［31］q6输出脉冲信号时，三极管［22］饱和，三极管［19］截止。使继电器［18］断开，常闭触点［15］闭合，计数器［31］清零端为高电平，计数器［31］停止对时钟脉冲计数，整个拍摄测量过程结束。
测定记录单元(以［3－3］为例)的工作过程如下当计数器［31］输出的脉冲送到控制通道［41－1］的输入端［51－1］时，三极管［33－1］导通，继电器［34－1］吸合，常开触点［36－1］吸合，使快门控制器［37－3］动作，成像装置［5－3］的快门打开，成像装置［5－3］拍摄被测物体，同时成像装置的闪光灯控制触点［39－3］闭合，使光源［40－3］闪光，投射器［4－3］向被测物体投射明暗相间的光栅。
本实施例的成像装置［5－1］，［5－2］，［5－3］。［5－4r］，［5－4l］，［5－5r］，［5－5l］，［5－6］，［5－7］为照相机；光源［40－1］，［40－2］，［40－3］，［40－4］，［40－5］为by－18x闪光灯；反相器［8］，［9］，［10］，［25］，［26］为4009集成电路；计数器［31］是4017集成电路；三极管［19］，［22］，［33－1］，［31－2］，［31－3］，［31－4］，［31－5］采用3dk4；二极管［17］，［35－1］，［35－2］，［35－3］，［35－4］，［35－5］用1n4001；二极管［38－1］，［38－2］，［38－3］，［38－4］，［38－5］采用1n4007；电容［11］为15uf；电容［24］为1uf；电容［30］为20uf；继电器［18］，［34－1］，［34－2］，［34－3］，［34－4］，［34－5］采用jz－22f型；电阻［32－1］，［32－2］，［32－3］，［32－4］，［32－5］，［14］，［20］，［23］，［27］采用10kΩ；电阻［13］，［28］，［29］采用1kΩ；可变电阻［12］采用2kΩ。
本实施例的机架［1］高度为1.6m，支架［2－1］，［2－2］，［2－3］的直径为1.4m，支架［2－1］与支架［2－2］的距离为50cm，支架［2－2］与支架［2－3］的距离为20cm。
权利要求1.一种非接触三维坐标快速测定记录装置，它由机架，测定记录单元和扫描装置构成，所述的测定记录单元是由投射器和成像装置构成，其特征是在机架上装有若干层支架，所述的支架上以一定的位置及角度安有若干套测定记录单元，所述的测定记录单元与扫描控制器连接，所述的扫描控制器由电子电路组成。
2.根据权利要求1所述的非接触三维坐标快速测定记录装置，其特征是所述的测定记录单元是由一个投射器和一个成像装置构成。
3.根据权利要求1所述的非接触三维坐标快速测定记录装置，其特征是所述的测定记录单元是由一个投射器和若干个成像装置构成。
4.根据权利要求1所述的非接触三维坐标快速测定记录装置，其特征是所述的投射器是由光栅和光源构成。
5.根据权利要求1，2，3或4所述的非接触三维坐标快速测定记录装置，其特征是所述的投射器的光源是连续光源。
6.根据权利要求1，2，3或4所述的非接触三维坐标快速测定记录装置，其特征是所述的投射器的光源是瞬时光源。
7.根据权利要求1，2，或3所述的非接触三维坐标快速测定记录装置，其特征是所述的成像装置是照相机。
8.根据权利要求1，2或3所述的非接触三维坐标快速测定记录装置，其特征是所述的成像装置是摄像机。
专利摘要本实用新型是一种非接触三维坐标快速测定记录装置，它能在0.1秒时间内拍摄一些形状复杂的物体其中包括人体胸部以上的表面，得到一组带有与被测物体表面形状相关的条纹的照片或图像信号，这些照片或图像信号能由计算机专用系统算出被测物体表面(多达几十万点)的三维坐标值。本实用新型主要由机架，若干套由投射器和成像装置构成的非接触三维坐标测定记录装置及扫描控制器等部件组成。
文档编号G03B35/00GK2086427SQ9020871
公开日1991年10月9日 申请日期1990年6月20日 优先权日1990年6月20日
发明者林家义, 林家新, 倪和生, 从众 申请人:林家义