发明名称 回转式扫描测量仪
摘要 本发明是回转式扫描测量仪,其包括三维坐标运动机构,线结构光测头和数控回转台;该转台安装在该坐标运动机构中的X或Y轴上,并相对于该坐标运动机构的Z轴倾斜一角度;该光测头安装在该Z轴上;在该转台上固定有一标准球,通过测量该球确定该转台的回转轴线的方向;该测量仪建立了变换关系公式Ⅰ和Ⅱ并求出公式Ⅰ和Ⅱ的参数;该光测头所测量得到的多片数据P<SUB>1</SUB>,应用变换公式Ⅲ,将多视角下测量的该多片数据P<SUB>1</SUB>转换到该转台转动坐标系O<SUB>3</SUB>X<SUB>3</SUB>Y<SUB>3</SUB>Z<SUB>3</SUB>中,实现数据自动拼合,构成了描述被测物体全貌的整体数据P<SUB>3</SUB>;既提高了工作效率,又提高了整体测量精度。该测量仪不仅能从多个视角测量物体上的任意区域,而且能自动将测量数据拼合在一起,完整描述一个物体。
申请公布号 CN1308653C 申请公布日期 2007.04.04
申请号 CN200510042496.X 申请日期 2005.02.25
申请人 中国海洋大学 发明人 解则晓;王建国;周丽芹
分类号 G01B11/03(2006.01);G01B11/24(2006.01) 主分类号 G01B11/03(2006.01)
代理机构 青岛海昊知识产权事务所有限公司 代理人 韩振东
主权项 1、一种回转式扫描测量仪,其包括三维坐标运动机构和线结构光扫描测头,其特征在于:在该三维坐标运动机构中的X或Y轴机构上安装一个数控回转台,组成四轴扫描测量系统;其中,该数控回转台的安装相对于三维坐标运动机构的Z轴倾斜一个角度;线结构光扫描测头安装在该运动机构的Z轴上;在该数控回转台上固定有一个标准球,该球是利用来确定数控回转台的回转轴线的位置和方向的,即该回转轴线在该测量仪直角坐标系O1X1Y1Z1中的位置和方向;首先,该测量仪以数控回转台的回转轴线为Z轴建立起数控回转台初始坐标系O2X2Y2Z2和数控回转台回转坐标系O3X3Y3Z3的,该回转坐标系O3X3Y3Z3仅绕初始坐标系O2X2Y2Z2的Z2轴旋转一个角度;然后建立了从直角坐标系O1X1Y1Z1到初始坐标系O2X2Y2Z2的变换关系公式I:变换矩阵T12,它是从该测量仪直角坐标系O1X1Y1Z1到数控回转台初始坐标系O2X2Y2Z2的变换矩阵:<math> <mrow> <msubsup> <mi>T</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open='[' close=']'> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>cos</mi> <mi>&beta;</mi> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mi>sin</mi> <mi>&beta;</mi> </mtd> <mtd> <msub> <mi>q</mi> <mi>x</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>sin</mi> <mi></mi> <mi>&alpha;</mi> <mi>sin</mi> <mi>&beta;</mi> </mtd> <mtd> <mi>cos</mi> <mi>&alpha;</mi> </mtd> <mtd> <mo>-</mo> <mi>sin</mi> <mi></mi> <mi>&alpha;</mi> <mi>cos</mi> <mi>&beta;</mi> </mtd> <mtd> <msub> <mi>q</mi> <mi>y</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>-</mo> <mi>cos</mi> <mi></mi> <mi>&alpha;</mi> <mi>sin</mi> <mi>&beta;</mi> </mtd> <mtd> <mi>sin</mi> <mi>&alpha;</mi> </mtd> <mtd> <mi>cos</mi> <mi></mi> <mi>&alpha;</mi> <mi>cos</mi> <mi>&beta;</mi> </mtd> <mtd> <msub> <mi>q</mi> <mi>z</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow> </math> 式中,(qx,qy,qz)T表示转台初始坐标系O2X2Y2Z2相对于该测量仪直角坐标系O1X1Y1Z1的平移量,在确定数控回转台回转轴线时求出;α和β表示:初始坐标系O2X2Y2Z2绕直角坐标系O1X1Y1Z1的X1轴和Y1轴的旋转角,它们是根据数控回转台回转轴线的方向确定的;和从初始坐标系O2X2Y2Z2到回转坐标系O3X3Y3Z3的变换关系公式II:旋转变换矩阵R23,它是从数控回转台初始坐标系O2X2Y2Z2到数控回转台转动坐标系O3X3Y3Z3的旋转变换矩阵:<math> <mrow> <msubsup> <mi>R</mi> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open='[' close=']'> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>cos</mi> <mi>&theta;</mi> </mtd> <mtd> <mo>-</mo> <mi>sin</mi> <mi>&theta;</mi> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>sin</mi> <mi>&theta;</mi> </mtd> <mtd> <mi>cos</mi> <mi>&theta;</mi> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow> </math> 式中,θ表示数控回转台的当前转动角度;在数控回转台上设置相应的固定设施,将被测量物体固定在数控回转台上,该扫描测头通过数控回转台的转动可直接测量被测物体的四周和顶部;测量直接所得到的是在该测量仪直角坐标系O1X1Y1Z1中的多片数据P1,应用变换公式III:<math> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>R</mi> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>T</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </math> 式中,P1表示:测量仪直角坐标系中的数据;P3表示:数控回转台转动坐标系中的数据,即拼合后的数据;T12是公式I,R23是公式II;将上述多视角下测量的多片测量数据P1从该测量仪直角坐标系O1X1Y1Z1转换到数控回转台转动坐标系O3X3Y3Z3中,实现数据自动拼合,构成了描述被测物体全貌的整体数据P3。
地址 266003山东省青岛市市南区鱼山路5号
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