一种基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种物体体积的测量装置。特别是涉及一种基于线激光三角法的基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置。
【背景技术】
[0002]物体体积大小的测量在存储物体、运输物体、物体检测等很多领域中都有着重要的意义，因此，准确测量物体的体积是一项非常有实际意义的工作，尤其是对不规则物体体积的测量。
[0003]对不规则物体体积的测量大致可分为接触式和非接触式测量两种。其中，接触式测量对一些特殊材质的物体则很不适用，比如木制品、纸制品、陶瓷文物等，所以对非接触式测量物体体积的研宄即成为了一个研宄热点。
[0004]非接触测量物体体积又可采用非光学手段和光学手段，非光学测量手段原理简单，但往往装置复杂，精度较低；光学手段则测量速度快，精度高，因此更受研宄者的关注。
[0005]主流的光学手段有数字全息法、相位测量法、多角度图像法和激光扫描法等。数字全息法通过激光照射样品，研宄全息图的产生和再现过程实现三维重构，计算体积，该方法速度快、分辨率高，但测量范围易受器件参数影响；相位测量法将光栅图样投影到物体表面，深度信息对条纹振幅和位相进行调制，从而得到三维信息及体积，计算量小、抗静态噪声能力强，但速度慢且不能消除高频噪声引起的误差；多角度图像法是指从不同角度对被测物体拍摄多张图像，然后通过这些图像合成三维模型并计算体积，对于测量设备要求低，操作简单，但是测量精度不高且算法复杂度较高；激光扫描法是利用激光扫描设备获得点云数据，据此构建被测物体的三维模型，算出体积，测量精度与测量设备的精度相关，但是算法设计相对容易，且复杂度较低，精度高。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种操作简单，速度快，精度高的基于线激光三角法的基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置。
[0007]本实用新型所采用的技术方案是:一种用于基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置，包括有计算机，还设置有分别与所述的计算机电连接的用于采集被测物体图像的第一摄像头和第二摄像头，设置在所述第一摄像头和第二摄像头之间用于提供激光的线激光器，以及用于驱动所述被测物体旋转的驱动机构，所述的驱动机构包括有步进电机，固定设置在所述步进电机输出轴顶端的用于承载被测物体的载物台，以及用于驱动所述步进电机旋转的驱动单元，所述的驱动单元是由与所述的步进电机相匹配的驱动器和控制驱动器工作的控制芯片。
[0008]所述线激光器是中心波长为980nm或850nm或808nm或650nm，光扇角大于40。小于120°的线激光器，所述的第一摄像头和第二摄像头上分别设置有与所述的线激光器相匹配的用于保证光带提取完整性并有效削弱外界杂散光影响的滤波片。
[0009]所述的第一摄像头和第二摄像头均是视场角为35°?45°的黑白摄像头。
[0010]所述的线激光器的激光光平面与第一摄像头和第二摄像头的竖直中心面相交于载物台的中心线，所述的线激光器分别与所述的第一摄像头和第二摄像头相距的距离及所成的角度是根据线激光三角法以及摄像头的视场角而定。
[0011]本实用新型的一种基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置，能非接触地测出不规则物体的体积，包括特殊材质的物体体积，如木制品、纸制品、陶瓷文物等，不会对被测物体造成任何损坏。操作简单，速度快，精度高。具有如下特点:
[0012]1、原理简单，设计合理:基于线激光三角法，可根据所要测的物体大小来选用器件并设计装置，适用性强；
[0013]2、测量精度高:像素典型分辨率约为0.14mm，标定重投影误差小于0.17mm，测量相对误差不大于1% ;
[0014]3、测量环境适应性强，速度快:摄像头加装与激光器中心波长相匹配的滤光片，保证光带提取完整性同时有效削弱外界杂散光影响，步进电机与转台刚性连接，18.2s内即完成物体三维模型重构与体积测量；
[0015]4、系统应用扩展性强:系统扫描产生被测物表面点云，可扩展应用于三维数字建模、增材制造与逆向工程等领域。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置的整体结构示意图；
[0017]图中
[0018]1:计算机2:被测物体
[0019]3:第一摄像头 4:第二摄像头
[0020]5:线激光器 6:步进电机
[0021]7:载物台8:驱动单元
[0022]9:底座
[0023]图2是测量各维度不超过7cm物体体积时的机械布局示意图；
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例和附图对本实用新型的一种基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置做出详细说明。
[0025]如图1所示，本实用新型的一种用于基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置，包括有计算机1，还设置有分别与所述的计算机I电连接的用于采集被测物体2图像的第一摄像头3和第二摄像头4，设置在所述第一摄像头3和第二摄像头4之间用于提供激光的线激光器5，以及用于驱动所述被测物体2旋转的驱动机构，所述的第一摄像头3、第二摄像头4和线激光器5均固定设置在一底座9上，并且，根据线激光三角法，所述的线激光器5的激光光平面与第一摄像头3和第二摄像头4的竖直中心面相交于载物台7的中心线，所述的线激光器5分别与所述的第一摄像头3和第二摄像头4相距的距离是根据线激光三角法以及摄像头的视场角而定。所述的第一摄像头3和第二摄像头4均是视场角为35°?45°的黑白摄像头。如线激光器5分别与所述的第一摄像头3和第二摄像头4相距85mm时成45°角。
[0026]所述的驱动机构包括有步进电机6，固定设置在所述步进电机6输出轴顶端的用于承载被测物体2的载物台7，以及用于驱动所述步进电机6旋转的驱动单元8，所述的驱动单元8是由与所述的步进电机6相匹配的驱动器和控制驱动器工作的控制芯片。所述的步进电机和驱动器可以选择型号为42HS4813A4或42BYGH47-401A的步进电机和型号为M420B或TB6560的驱动器，所述的控制芯片可以采用型号为JM60或C8051F330或HC6800的芯片。
[0027]所述的线激光器5是中心波长为980nm或850nm或808nm或650nm，光扇角大于40°小于120°的线激光器，所述的第一摄像头3和第二摄像头4上分别设置有与所述的线激光器5相匹配的用于保证光带提取完整性并有效削弱外界杂散光影响的滤波片，如选中心波长为980nm或850nm或808nm或650nm的滤波片。所述的第一摄像头3和第二摄像头4可以采用分辨率640*480 (水平X垂直)、视场角约36° X 28° (垂直X水平)的黑白摄像头。
[0028]在本实施例中，由线激光三角法，综合考虑测量范围、机械尺寸、图像分辨率等技术参数，设计的用于基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置如图2所示，为竖直方向上激光中心、第一摄像头和第二摄像头中心与载物台平面的距离H均为35?40mm，水平方向上激光到载物台中心和第一摄像头、第二摄像头中心的距离L均为85mm，且第一摄像头和第二摄像头与线激光器成45°角。基于张正友标定法对整个用于基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置进行标定，得到图像坐标到世界坐标的变换矩阵H。
【主权项】
1.一种用于基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置，包括有计算机(I)，其特征在于，还设置有分别与所述的计算机(I)电连接的用于采集被测物体(2)图像的第一摄像头(3)和第二摄像头(4)，设置在所述第一摄像头(3)和第二摄像头(4)之间用于提供激光的线激光器(5)，以及用于驱动所述被测物体(2)旋转的驱动机构，所述的驱动机构包括有步进电机(6)，固定设置在所述步进电机(6)输出轴顶端的用于承载被测物体(2)的载物台(7)，以及用于驱动所述步进电机(6)旋转的驱动单元(8)，所述的驱动单元(8)是由与所述的步进电机(6)相匹配的驱动器和控制驱动器工作的控制芯片。
2.根据权利要求1所述的用于基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置，其特征在于，所述线激光器(5)是中心波长为980nm或850nm或808nm或650nm，光扇角大于40°小于120°的线激光器，所述的第一摄像头(3)和第二摄像头(4)上分别设置有与所述的线激光器(5)相匹配的用于保证光带提取完整性并有效削弱外界杂散光影响的滤波片。
3.根据权利要求1所述的用于基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置，其特征在于，所述的第一摄像头(3)和第二摄像头(4)均是视场角为35°?45°的黑白摄像头。
4.根据权利要求1所述的用于基于线激光三角法测量不规则物体体积的装置，其特征在于，所述的线激光器(5)的激光光平面与第一摄像头(3)和第二摄像头(4)的竖直中心面相交于载物台(7)的中心线，所述的线激光器(5)分别与所述的第一摄像头(3)和第二摄像头(4)相距的距离及所成的角度是根据线激光三角法以及摄像头的视场角而定。
【专利摘要】一种非接触式测量不规则物体体积的装置，包括有计算机，还设置有分别与所述的计算机电连接的用于采集被测物体图像的第一摄像头和第二摄像头，设置在所述第一摄像头和第二摄像头之间用于提供激光的线激光器，以及用于驱动所述被测物体旋转的驱动机构，所述的驱动机构包括有步进电机，固定设置在所述步进电机输出轴顶端的用于承载被测物体的载物台，以及用于驱动所述步进电机旋转的驱动单元，所述的驱动单元是由与所述的步进电机相匹配的驱动器和控制驱动器工作的控制芯片。本实用新型能非接触地测出不规则物体的体积，包括特殊材质的物体体积，如木制品、纸制品、陶瓷文物等，不会对被测物体造成任何损坏。操作简单，速度快，精度高。
【IPC分类】G01B11-00
【公开号】CN204329892
【申请号】CN201420786579
【发明人】田庆国, 高丽盼, 史冠男, 王建平
【申请人】天津大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月11日