一种可实现全方位检测的结构光实验装置的制作方法

本发明涉及一种检测机构，尤其是针对获取物体表面完整三维信息的线结构光检测装置。

背景技术：

三维结构光检测方法的原理是，通过结构光检测仪向待检测物投射光栅图案，由于物体高度的调制，光栅条纹会产生相应的变形，利用摄像机采集变形条纹，得到图像。对光栅条纹进行调解，可以得到包含高度信息的相位变化。结构光检测具有非接触，精度高，检测效率高等优势。但同时，受限于实际检测环境，结构光检测受周围光线因素影响大，易被遮挡，采集完整幅面受限。对检测的环境要求较高，适应性亟待提高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述背景技术的不足，提供一种三维结构光检测装置的改进，该装置可通过电机控制，使线结构光检测机构围绕待检测物作全方位检测，从而得到被检物体完整三维信息。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可实现全方位检测的结构光实验装置，包括实验台支架：其特征在于：还包括可绕水平轴线转动地定位在实验台支架上的旋转运动机构、可水平移动地定位在旋转运动机构上的水平运动机构、可竖直移动地定位在水平运动机构上且携带着检测机构的竖直运动机构，

所述旋转运动机构包括通过水平布置的旋转轴可转动地定位在实验台支架两侧的两个旋转曲柄以及安装在实验台支架上且通过带轮组驱动旋转轴的旋转电机；

所述水平运动机构包括水平布置且两端分别与两个旋转曲柄一一连接的支撑轴、可沿着支撑轴滑动的水平支撑块以及通过水平丝杠组件驱使水平支撑块滑动的水平电机；

所述竖直运动机构包括携带着检测装置的支撑架、安装在支撑架上竖直丝杠组件以及通过竖直丝杠组件驱动检测装置竖直运动的竖直电机。

所述旋转曲柄固定在旋转轴上；所述带轮组包括固定在旋转轴上的同步带大齿轮、固定在旋转电机输出轴上的同步带小齿轮以及同时与同步带大齿轮和同步带小齿轮啮合的同步带。

所述旋转运动机构还配置有锁止结构，该锁止结构包括固定在旋转轴上棘轮以及与棘轮配合的棘爪；所述棘爪通过棘爪轴定位在实验台支架上。

所述水平丝杠组件由平行于旋转轴轴线且两端可转动地一一定位在两个旋转曲柄上的水平丝杆以及与水平丝杆配合且与水平支撑块固定连接的水平丝杆螺母组成。

所述竖直丝杠组件由竖直丝杆及与竖直丝杠配合的竖直丝杆螺母组成；所述竖直丝杆可转动地定位在支撑架上且由竖直电机驱动，竖直丝杆螺母则与水平支撑块固定连接。

所述支撑架包括至少两根竖直布置的支撑杆、分别与两个支撑杆的顶端固定以及与两个支撑杆的底端固定的两个圆盘。

所述竖直丝杆的两端也分别通过轴承可转动地定位在两个圆盘上；所述竖直电机安装在支撑架上且通过联轴器驱动所述竖直丝杆。

本发明的工作原理是：旋转运动机构在旋转电机的带动下，旋转曲柄及曲柄上所连接的部件实现一定角度的旋转运动，在运动暂停时，通过棘轮棘爪进行锁止；水平运动机构在水平电机的带动下，通过丝杠传动，实现检测机构的水平运动，且设计上下完全对称的两个水平运动机构可有效提高检测效率；竖直运动机构在竖直电机的带动下，通过丝杠作竖直上下运动，调节检测机构对于待检测物的距离。

本发明的有益效果是：本发明同时设计了旋转、水平、竖直三个方向的运动，使检测机构面对不同的现场状况通过电机控制，围绕待检测物作全方位检测，从而得到物体完整的三维信息，提高了检测平台的适应性；解决了现有技术检测时受周围光线因素影响大、易被遮挡以及采集完整幅面受限的缺陷。从而大幅度提高了检测质量以及检测工作效率。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明中旋转运动机构的立体结构示意图。

图3为本发明中旋转支撑板的结构示意图。

图4为本发明中水平运动机构的立体结构示意图。

图5为水平运动机构中水平支撑块的立体结构示意图。

图6为图2中的a部放大结构示意图。

图7为本发明中竖直运动机构的立体结构示意图。

图8为竖直运动机构中第一圆盘的立体结构示意图。

图9为竖直运动机构中第二圆盘的立体结构示意图。

图10为本发明中检测机构的立体结构示意图。

图11为检测机构中激光器的立体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术手段、创作特征、目的与功效易于明白了解，下面结合具体结构，进一步阐述本发明。

本发明提供的可实现全方位检测的结构光实验装置，包括如下几个部分：实验台支架ⅰ、旋转运动机构ⅱ、水平运动机构ⅲ、竖直运动机构ⅳ、检测机构支座ⅴ。

实验台支架主要由铝型材搭建而成；旋转运动机构包括旋转支撑板1(两个旋转支撑板对称固定于实验台支架的两侧)、旋转电机3、同步带小齿轮4、同步带大齿轮5、旋转曲柄6、棘轮7、棘爪8(棘轮7与棘爪8组成锁止结构)、旋转轴9、轴承10。水平运动机构包括水平丝杠11、支撑轴12、丝杠轴承13、水平电机14、联轴器15、水平丝杠螺母16(水平丝杠11与水平丝杠螺母16组成水平丝杠组件)、水平支撑块17；竖直运动机构包括竖直电机18、联轴器20、竖直丝杠21、竖直丝杠螺母22(竖直丝杠21与竖直丝杠螺母22组成竖直丝杠组件)、支撑杆23、丝杠轴承24及圆盘19、25、26；检测机构包括连接轴27、连接块28、检测机构连接板29、激光器支座30、相机支座31。

旋转运动机构中(参阅图2)：两个旋转支撑板1分为电机端与非电机端，分别开设有孔1-1和孔1-2，其中孔1-1与实验台支架得到通过螺栓联接从而固定，旋转轴9通过轴承10固定在孔1-2处。旋转曲柄中部可设有固定孔6-4，固定孔孔壁设有横向开设的螺孔；旋转轴的一端插入固定孔后，再用固定螺钉旋入所述螺孔，将旋转曲柄与旋转轴连接固定。但电机端比非电机端多出了孔1-3和孔1-4，其中孔1-3用于旋转电机3输出轴穿越，电机则通过螺丝固定在旋转支撑板上；孔1-4用于棘爪轴2的固定连接。旋转电机输出轴上还装配有同步带小齿轮4，旋转轴上则同轴装配有同步带大齿轮5、棘轮7以及固定旋转曲柄6的连接套；棘爪轴上装备有棘爪8，小齿轮与大齿轮通过同步带进行连接，棘轮与棘爪直接啮合。旋转曲柄上下对称，上半部分有两种孔，其中孔6-1与支撑轴12固定连接，孔6-2通过丝杠轴承13固定连接丝杠，固定在旋转曲柄上的水平电机14输出轴通过联轴器与孔6-2端的丝杠固定连接。

水平运动机构(参阅图4)：支撑轴12主要起支撑作用。水平丝杠11一端与丝杠轴承13支撑在旋转曲柄，另一端通过联轴器15与水平电机输出轴相连，将水平电机的旋转运动转化为水平丝杠螺母的水平运动。水平支撑块17上孔17-1和孔17-2分别由水平丝杠穿越以及由支撑轴穿插并且滑动；水平支撑块还与水平丝杠螺母16连接固定，从而使水平丝杠螺母带动水平支撑块作水平运动。水平支撑块上的孔17-3与竖直支撑轴23相连可相对滑动，孔17-4与竖直丝杠螺母通过螺丝连接固定。

竖直运动装置(参阅图7)：竖直电机18固定在第一圆盘19上的孔19-2的凹槽上。两个支撑杆23的一端与第一圆盘19上的两个孔19-12固定连接，另一端依次穿过第二圆盘25、第二圆盘26上的两个孔26-2后固定连接(固定螺栓横向旋入第二圆盘上的螺孔32后顶压支撑杆，将支撑杆与第二圆盘固定连接。支撑杆与第三圆盘也采用同样方式固定)。竖直电机输出轴通过联轴器20与竖直丝杠21一端连接，丝杠另一端与固定在圆盘25上的丝杠轴承24相连。竖直丝杠上竖直丝杠螺母22与水平支撑块17固定连接，将竖直电机的旋转运动转化为水平支撑块竖直方向的运动。

检测机构(参阅图10)：连接轴27与圆盘26中央的孔26-1固定连接(优选螺纹连接)，连接轴上固定装配有连接块28，而连接块与检测机构连接板29通过孔29-3进行螺栓联接。连接板上开有槽29-1、29-2，分别与激光器支座30、相机支座31通过螺栓联接，槽结构有利于调整相机支座与激光器支座的相对位置。激光器支座(参见图11)上的螺纹轴30-2插入槽29-1后再与螺母配合，将激光器支座固定在连接板上；激光器(外购设备，图中省略)可放置在孔30-1中，再在孔30-3中通过螺丝将激光器固定。相机支座上的孔31-1与槽29-2对准、用螺栓穿插后，再用螺母即可进行固定；相机镜头通过孔31-3，相机(外购设备，图中省略)通过孔31-2、31-4用螺丝固定。

工作原理分析

首先，启动竖直运动机构的竖直电机，竖直电机输出轴通过联轴器带动竖直丝杠转动，而竖直丝杠螺母固定在水平支撑块上无法转动，竖直丝杠的转动为转化为竖直运动机构的竖直运动，从而带动检测机构的竖直运动，将相机与激光器的检测效果调整到最好；其次，启动水平运动机构的水平电机，水平电机输出轴通过联轴器带动水平丝杠转动，而水平支撑块上固定有与水平丝杠配合的水平丝杠螺母，因而可沿着水平丝杠与水平支撑轴作水平运动，从而带动竖直运动机构、检测机构作水平方向运动，使检测机构能检测到被检物体在这一方向上的信息；最后，启动旋转运动机构的旋转电机，旋转电机输出轴上装配有同步带小齿轮，通过同步带驱使旋转轴上的同步带大齿轮旋转，同步带大齿轮固连在旋转轴上，带动同样固连在旋转轴上的旋转曲柄和棘轮转动；当旋转曲柄转过一定角度，再重复上述两个过程，又能得到被检物体在这一方向上的信息。旋转运动中，同步带小齿轮与同步带大齿轮的齿数比越大，对旋转曲柄的转角控制越精细，同时棘轮棘爪机构的设计可避免发生打滑现象。同时完全对称的水平运动机构、竖直运动机构和检测机构的设计，可减少检测的时间，提高效率。

三个电机的转动靠控制器控制，三个电机可同时转动，也可间歇性转动，由控制器根据实际需要和摄像头反馈的信息控制三个电机的转动，从而实现几大机构的协调配合运动，达到最佳的检测效果；可提前在控制器里写入相应的算法程序用以控制各电机，实现智能驱动。