專利名稱：一種用于投影柵相位雙目立體視覺三維形貌測量的框架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于投影柵相位雙目立體視覺三維形貌測量的框架，它適用于現(xiàn)場在線三維測量、光學(xué)非接觸三維測量、投影柵相位雙目立體視覺測量，特別適用于對體積、重量、熱穩(wěn)定性、測量精度有較高要求的投影柵相位雙目立體視覺測量，屬于光學(xué)三維測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)非接觸三維測量以其非接觸、高精度、適于在線測量、可獲取目標表面稠密點云的優(yōu)點，在加工現(xiàn)場在線測量領(lǐng)域獲得越來越多的應(yīng)用。投影柵相位雙目立體視覺測量技術(shù)具有高精度、良好的被測對象適應(yīng)性等特點，已經(jīng)成為在線光學(xué)非接觸三維測量的主流技術(shù)。
雙目立體視覺系統(tǒng)的測量精度尤其是在線測量精度，直接受基線距離和基線精度的影響，因此必須仔細設(shè)計系統(tǒng)基線距離并精密標定實際基線距離。實際測量系統(tǒng)的基線距離由測量系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)確定。用于加工現(xiàn)場的在線測量，環(huán)境溫度的變化以及系統(tǒng)運行時發(fā)熱導(dǎo)致的溫度升高，會因金屬材料的“熱脹冷縮”效應(yīng)而影響基線距離不準，從而影響系統(tǒng)的測量精度。另一方面，在線測量應(yīng)用要求雙目立體視覺系統(tǒng)體積盡可能小，重量盡可能輕，以便于將測量系統(tǒng)與加工設(shè)備集成。因此，需要對雙目視覺測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架進行優(yōu)化設(shè)計，在保證系統(tǒng)尺寸滿足在線測量要求的前提下，可以適應(yīng)在線測量的要求，仍然保持高精度測量。
目前的雙目立體視覺測量系統(tǒng)雖然可以直接應(yīng)用于加工現(xiàn)場，但其沒有與加工設(shè)備集成，所以對系統(tǒng)體積、重量的以及與加工設(shè)備集成性方面沒有過多的要求。尚未見有關(guān)于與加工設(shè)備集成的雙目立體視覺三維測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架設(shè)計方面的專利和文獻報道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于投影柵相位雙目立體視覺三維形貌測量的框架，它具有良好的熱穩(wěn)定性以保證系統(tǒng)的基線精度，同時滿足在線測量體積小、重量輕的要求，且具有良好的與加工設(shè)備集成能力。框架結(jié)構(gòu)采用組合式結(jié)構(gòu)，外形似一個帶圓手柄的提籃式結(jié)構(gòu)，該框架結(jié)構(gòu)的底框用來固定投射裝置，該框架結(jié)構(gòu)的連接柄用來將測量系統(tǒng)與加工設(shè)備連接集成，該框架結(jié)構(gòu)的主框架連接起底框和連接柄，用來安裝左右兩個相機，保證基線距離和來年各個相機與投射裝置的相對位置和姿態(tài)；主框架采用一體化成型，增設(shè)三個筋板增加剛度。主框架和底框采用硬鋁合金材料，重量輕且具有良好的散熱能力。實際測試表明采用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)建的投影柵相位雙目立體視覺系統(tǒng)具有良好的精度、熱穩(wěn)定性能和與加工設(shè)備集成性能。
本發(fā)明一種用于投影柵相位雙目立體視覺三維形貌測量的框架，見圖I、圖2、圖3、圖3A和圖4，其外形似一個帶圓手柄的提籃，它是由底框(I)、主框架(2)和連接柄(3) 組成，主框架(2 )與底框(I)間通過螺栓連接，且主框架(2 )的A面(2a)與底框(I)的A面(Ia)接觸；連接柄(3)與主框架(2)通過螺栓連接，且連接柄(3)的外圓面(3c)、平面(3a) 與主框架(2)的內(nèi)圓面(2b)配接。
所述底框(1)，見圖2，其外形是一個沒有頂蓋的箱式盒體形狀，由底板和四個圍邊組成。其材料為硬鋁合金，其B側(cè)面(Ib)和C側(cè)面(Ic)上設(shè)有四個沉頭螺紋孔(101、 102、103、104)，用于在水平面內(nèi)固定卡緊投射裝置；底框(I)的D底面(Id)上設(shè)有八個尺寸不等帶圓角的方孔(111、112、113、114、115、116、117、118)，在減輕重量的同時，有助于提高散熱性能；底框(I)的D底面(Id)上還設(shè)有螺紋孔(121 )，作為備用連接孔，在測量系統(tǒng)不與加工設(shè)備集成時，可與標準的三腳架螺紋連接，用來固定測量系統(tǒng)。底框(I)的E面(Ie) 上設(shè)有四個沉頭通孔(131、132、133、134)，用于與主框架(2)的連接；
所述主框架(2)，見圖3，其外形是一個類似π字形的架式金屬結(jié)構(gòu)件。材料為硬鋁合金，其上表面C面(2c)上設(shè)置六個通孔(211、212、213 ;221、222、223)分別用于固定左相機和右相機的連接；其上表面C面(2c)還設(shè)有兩個三角形的加強筋板(2e、2f)與2c面垂直連接；其下表面設(shè)有一個三角形的加強筋板(2d)與主框架(2)的底平面(2h)、側(cè)平面 (2k)垂直連接；其上表面C面(2c)設(shè)有立方體狀凸臺(2g);凸臺中部上設(shè)有通透的內(nèi)圓面 (2b)，與連接柄(3)的平面(3a)、外圓面(3c)配接；凸臺上部設(shè)置有兩個沉頭螺紋孔(201、 202)，用于與連接柄3固定，保證可靠連接；其下支腿式的底部A面(2a)設(shè)置有四個螺紋孔 (231、232、233、234)，用于與底框(I)的(Ie)面上設(shè)有的四個沉頭通孔(131、132、133、134) 連接；
所述連接柄(3)，見圖4，是圓桿式臺階軸。材料為45#鋼，其一端切削成平面(3a) 和外圓面(3c)，便于與主框架通透的內(nèi)圓面(2b)配合；平面(3a)上設(shè)有連接螺紋孔，連接柄的中間位置設(shè)有淺溝槽(3b)，便于固定測量系統(tǒng)的線纜，將線纜的張力傳遞到連接柄，減少主框架的受力，減輕線纜張力對測量系統(tǒng)基線的影響。
該測量框架的工作概況簡介如下首先，完成測量框架的裝配將左、右相機分別安裝并固定主框架上表面，將投射裝置安裝并固定底框內(nèi)，將底框與主框架連接并固定，將連接柄安裝并固定至主框架相應(yīng)位置；然后，將該測量框架的連接柄與加工設(shè)備相連，實現(xiàn)測量系統(tǒng)與加工設(shè)備的集成；最后，利用基于該測量框架的測量系統(tǒng)實現(xiàn)投影柵相位雙目立體視覺三維形貌測量。
優(yōu)點及功效本發(fā)明的主要優(yōu)點是(I)框架結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性高，可保證三維形貌測量系統(tǒng)的具有良好的基線精度。(2)框架結(jié)構(gòu)的體積小、重量輕，與加工設(shè)備集成的能力良好。


圖I是本發(fā)明框架結(jié)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)圖
圖2是本發(fā)明底框的結(jié)構(gòu)圖
圖2A是圖2的A向視圖
圖3是本發(fā)明主框架的結(jié)構(gòu)圖
圖3A是圖3的A向視圖
圖4是本發(fā)明連接柄的結(jié)構(gòu)圖
圖5是安裝于本發(fā)明框架結(jié)構(gòu)上的投射裝置示意圖
圖6是安裝于本發(fā)明框架結(jié)構(gòu)上的相機示意圖
圖中1.底框Ia.底框A面Ib.底框B面Ic.底框C面Id.底框D面Ie.底框E面101.沉頭螺紋孔102.沉頭螺紋孔103.沉頭螺紋孔104.沉頭螺紋孔111. 圓角方孔 112.圓角方孔 113.圓角方孔114.圓角方孔 115.圓角方孔 116.圓角方孔 117.圓角方孔 118.圓角方孔 121.螺紋孔 131.沉頭通孔 132.沉頭通孔 133.沉頭通孔134.沉頭通孔 2.主框架 2a.主框架A面 2b.內(nèi)圓面 2c.主框架C 面2d.加強筋板2e.加強筋板2f.加強筋板2g.凸臺2h底平面2k側(cè)平面201. 沉頭螺紋孔202.沉頭螺紋孔211.通孔212.通孔213.通孔221.通孔222.通孔 223.通孔231.螺紋孔232.螺紋孔233.螺紋孔234.螺紋孔3.連接柄3a.平面 3b.淺槽3c.外圓面具體實施方式
本發(fā)明一種用于投影柵相位雙目立體視覺三維形貌測量的框架，見圖I、圖2、圖 2A、圖3、圖3A和圖4，其外形似一個帶園手柄的提籃，它是由底框(I)、主框架(2)、和連接柄(3)組成，主框架(2)與底框(I)間通過螺栓連接，且主框架(2)的A面(2a)與底框(I) 的A面(Ia)接觸；連接柄(3)與主框架(2)通過螺栓連接，且連接柄(3)的外圓面(3c)、平面(3a)與主框架(2)的內(nèi)圓面(2b)接觸。
所述底框(1)，見圖2、圖2A，其外形是一個沒有頂蓋的箱式盒體形狀，由底板和四個圍邊組成。。其材料為硬鋁合金，質(zhì)輕、剛度大、導(dǎo)熱系數(shù)高，其作用是安裝固定投射裝置 4，并通過面Ia與主框架2連接；其B側(cè)面(Ib)和C側(cè)面(Ic)上設(shè)有四個沉頭螺紋孔(101、 102、103、104)，用來在水平面內(nèi)固定卡緊投射裝置；底框(I)的D底面(Id)上設(shè)有八個尺寸不等帶圓角的方孔(111、112、113、114、115、116、117、118)，在減輕重量的同時，有助于提高散熱性能；底框(I)的D底面(Id)上還設(shè)有螺紋孔(121 )，作為備用連接孔，在測量系統(tǒng)在不與加工設(shè)備集成時，可與標準的三腳架螺紋連接，用來固定測量系統(tǒng)。底框(I)的E面 (Ie)上設(shè)有四個沉頭通孔(131、132、133、134)，用于與主框架(2)的連接；
所述主框架(2)，見圖3、圖3A，其外形是一個類似π字形的架式金屬結(jié)構(gòu)件。材料為硬鋁合金，質(zhì)輕、剛度大、導(dǎo)熱系數(shù)高，其上表面C面(2c)上設(shè)置六個通孔(211、212、 213 ;221、222、223)，分為兩組，分別用來固定左相機和右相機，可實現(xiàn)可靠固定又便于安裝時調(diào)節(jié)相機角度；安裝相機時，可在相機與上表面間均勻涂抹導(dǎo)熱硅膠，提高散熱性能；其上表面C面(2c)還設(shè)有兩個三角形的加強筋板(2e、2f)與2c面垂直連接；其下表面設(shè)有一個三角形的加強筋板(2d)與主框架(2)的底平面(2h)、側(cè)平面(2k)垂直連接；其上表面 C面(2c)設(shè)有立方體狀凸臺(2g)，增加主框架的強度，滿足與連接柄固定時承力要求；凸臺中部上設(shè)有通透的內(nèi)圓面(2b)，與連接柄(3)的平面(3a)、外圓面(3c)固接配合，通過凸臺上部設(shè)置的兩個沉頭螺紋孔(201、202)與連接柄3固定，保證可靠連接；其下支腿式的底部 A面(2a)設(shè)置有四個螺紋孔(231、232、233、234)，用于與底框(I)的(Ie)面上設(shè)有的四個沉頭通孔(131、132、133、134)連接固定；
所述連接柄(3)，見圖4，是圓桿式臺階軸。材料為45#鋼，且經(jīng)過高頻淬火處理， 保證足夠的表面硬度，以承受與加工設(shè)備連接時的夾緊力；其一端切削成平面(3a)和外圓面(3c)，便于與主框架通透的內(nèi)圓面(2b)配合，平面(3a)上設(shè)有連接螺紋孔，連接柄的中間位置設(shè)有淺溝槽(3b)，便于固定測量系統(tǒng)的線纜，將線纜的張力傳遞到連接柄，減少主框架的受力，減輕線纜張力對測量系統(tǒng)基線的影響。圖5是安裝于底框上的投射裝置示意圖， 通過向圖2中底框的B側(cè)面(Ib)和C側(cè)面(Ic)上的四個沉頭螺紋孔(101、102、103、104) 內(nèi)安裝沉頭螺釘來固定并卡緊投射裝置；圖6是安裝于主框架上的相機示意圖，相機安裝在圖3中主框架的上表面C面(2c)上，通過向該表面的六個通孔(211、212、213 ;221、222、 223)內(nèi)安裝沉頭螺釘以分別固定左、右兩個相機。
測量系統(tǒng)裝配順序首先將左、右相機分別通過主框架上表面上的六個通孔分別固定；然后將連接柄與主框架通過外圓配合面安裝到位，然后用兩個螺栓固定；接著將投射裝置裝入底框，并通過B側(cè)面和C側(cè)面上的沉頭螺紋孔固定；最后，通過底框Ie面上的四個沉頭通孔和主框架上的螺紋孔，用四個螺栓將底框與主框架固定，完成測量系統(tǒng)裝配。
權(quán)利要求
1.一種用于投影柵相位雙目立體視覺三維形貌測量的框架，其特征在于其外形為一個帶圓手柄的提籃，它是由底框(I)、主框架(2)和連接柄(3)組成，主框架(2)與底框(I) 間通過螺栓連接，且主框架(2)的A面(2a)與底框(I)的A面(Ia)接觸；連接柄(3)與主框架(2)通過螺栓連接，且連接柄(3)的外圓面(3c)、平面(3a)與主框架(2)的內(nèi)圓面(2b) 配接；所述底框(1)，其外形是一個沒有頂蓋的箱式盒體形狀，由底板和四個圍邊組成；其材料為硬鋁合金，其B側(cè)面(Ib)和C側(cè)面(Ic)上設(shè)有四個沉頭螺紋孔(101、102、103、104)， 用于在水平面內(nèi)固定卡緊投射裝置；底框(I)的D底面(Id)上設(shè)有八個尺寸不等帶圓角的方孔(111、112、113、114、115、116、117、118)，在減輕重量的同時，有助于提高散熱性能；底框(I)的D底面(Id)上還設(shè)有螺紋孔(121 )，作為備用連接孔，在測量系統(tǒng)不與加工設(shè)備集成時，可與標準的三腳架螺紋連接，用來固定測量系統(tǒng)；底框(I)的E面(Ie)上設(shè)有四個沉頭通孔(131、132、133、134)，用于與主框架(2)的連接；所述主框架(2)，其外形是一個類似π字形的架式金屬結(jié)構(gòu)件，材料為硬鋁合金，其上表面C面(2c)上設(shè)置六個通孔(211、212、213 ;221、222、223)分別用于固定左相機和右相機的連接；其上表面C面(2c)還設(shè)有兩個三角形的加強筋板(2e、2f)與2c面垂直連接；其下表面設(shè)有一個三角形的加強筋板(2d)與主框架(2)的底平面(2h)、側(cè)平面(2k)垂直連接； 其上表面C面(2c)設(shè)有立方體狀凸臺(2g);凸臺中部上設(shè)有通透的內(nèi)圓面(2b)，與連接柄(3)的平面(3a)、外圓面(3c)配接；凸臺上部設(shè)置有兩個沉頭螺紋孔(201、202)，用于與連接柄3固定，保證可靠連接；其下支腿式的底部A面(2a)設(shè)置有四個螺紋孔(231、232、233、 234)，用于與底框(I)的(Ie)面上設(shè)有的四個沉頭通孔(131、132、133、134)連接；所述連接柄(3)，是圓桿式臺階軸，材料為45#鋼，其一端切削成平面(3a)和外圓面 (3c)，便于與主框架通透的內(nèi)圓面(2b)配合；平面(3a)上設(shè)有連接螺紋孔，連接柄的中間位置設(shè)有淺溝槽(3b)，便于固定測量系統(tǒng)的線纜，將線纜的張力傳遞到連接柄，減少主框架的受力，減輕線纜張力對測量系統(tǒng)基線的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于投影柵相位雙目立體視覺三維形貌測量系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，其由底框(1)、主框架(2)、連接柄(3)組成，主框架(2)與底框(1)間通過螺栓連接，且主框架(2)的A面(2a)與底框(1)的A面(1a)接觸；連接柄(3)與主框架(2)通過螺栓連接，且連接柄(3)的外圓面(3a)與主框架(2)的內(nèi)圓面(2b)接觸。本發(fā)明設(shè)計的底框(1)可以可靠固定投射裝置(4)；主框架(2)可以可靠固定左相機(51)和右相機(52)，具有良好的結(jié)構(gòu)剛性和散熱能力，且可以通過修調(diào)主框架(2)的A面(2a)方便地微調(diào)投射裝置(4)與左相機(51)以及右相機(52)之間的相對位置和姿態(tài)；連接柄(3)將整個測量系統(tǒng)可靠地與加工設(shè)備(如機床)進行連接，便于測量系統(tǒng)與加工設(shè)備集成。
文檔編號G01B11/25GK102937424SQ20121039732
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者李旭東, 趙慧潔, 鄒凱, 邊赟 申請人:北京航空航天大學(xué)