一种三维图像采集装置的制作方法

1.本发明涉及图像采集技术领域，特别是涉及一种三维图像采集装置。


背景技术：

2.随着计算机与图像视觉技术的发展，图像监测技术可以模拟人眼特性，而且具有省时省力、客观、智能化等优点。三维重建技术在工业生产及检测、文物保护、游戏开发、建筑设计、临床医学等领域具有广泛的应用前景。基于机械、光学、声学、电磁学原理的各种测量方法均取得了巨大进展，尤其是以三角测距法、莫尔条纹法、立体视觉法、激光扫描法和结构光方法为代表的光学非接触测量方法，在许多领域中实现了商业应用。为了得到清晰的图像，许多对图像进行多点取像，并通过软件进行合成，这就需要一种能够稳定推进检测物移动的装置与取像装置相配合；然而目前的三维图像采集装置与被采集物体之间并不能灵活的改变位置和角度，从而增加了三维图像采集难度。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种三维图像采集装置，以解决上述现有技术存在的问题，使图像采集单元和被采集物体之间的距离和角度能够灵活改变，从而提高了三维图像采集的效率。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供一种三维图像采集装置，包括主体单元、控制箱单元、旋转电机、伸缩电机和三维图像采集单元；所述主体单元包括固定平台和支撑臂，所述支撑臂底部设置于所述固定平台一侧，所述支撑臂上设置有旋转部件和伸缩部件；所述控制箱单元由主控制器模块和电机控制模块组成，所述电机控制模块连接所述主控制器模块、旋转电机和伸缩电机；其中，所述主控制器模块，用于对所述旋转电机和/或伸缩电机下发控制指令，以控制所述支撑臂进行旋转或伸缩；所述旋转电机连接所述旋转部件，所述伸缩电机连接所述伸缩部件；所述三维图像采集单元挂接于所述支撑臂顶部，与所述主控制器模块电连接，以采集目标物体的三维图像信息；所述固定平台远离所述支撑臂的一侧固定连接有两个对称设置的第一连接板，第一连接板的中心连接有丝杆，丝杆的中心连接有限位块，丝杆的表面且位于限位块两侧分别连接有第一滑块和第二滑块，第一滑块和第二滑块的顶部分别转动连接有第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆的顶部固定连接有第二连接板，所述丝杆一端设置有转动控制端；所述第二连接板上固定设置有承载台，所述承载台上安装有转动盘，所述转动盘上用于放置目标物体。
6.可选的，所述承载台包括驱动盒，驱动盒安装在所述第二连接板上，驱动盒内安装有朝上的驱动电机，驱动电机的输出轴上安装有不完全驱动轮，驱动电机的左侧安装有两个支撑座，支撑座的上方沿水平方向通过轴承连接的方式安装有传动轴，传动轴的一端安装有传动柱齿轮，传动柱齿轮与不完全驱动轮相配合，传动轴的另一端安装有一号齿轮，一号齿轮的上方设有连接轴，连接轴的一端通过轴承连接的方式安装在驱动盒的左内侧壁
上，连接轴的中部安装有二号齿轮，二号齿轮与一号齿轮相啮合，连接轴远离驱动盒的左内侧壁的一端安装有一号伞齿轮，一号伞齿轮的上方设有二号伞齿轮，二号伞齿轮沿水平方向设置并与一号伞齿轮相啮合，二号伞齿轮的中部沿竖直方向安装有支撑轴，支撑轴向上延伸并贯穿驱动盒的顶部，支撑轴通过轴承连接的方式安装在驱动盒的顶部的中部，支撑轴远离二号伞齿轮的一端安装有转动盘。
7.可选的，不完全驱动轮的外圆周上均布设有若干螺纹孔，螺纹孔的中心线指向不完全驱动轮的圆心，螺纹孔内通过螺纹连接的方式安装有若干圆柱齿。
8.可选的，驱动盒靠近驱动电机的一侧开设有换齿窗口，换齿窗口通过铰接的方式安装有防护门。
9.可选的，所述旋转部件由所述支撑臂上的固定卡槽、第一旋转圆轴、第二旋转圆轴和第三旋转杆组成；所述伸缩部件由所述支撑臂上的第一伸缩杆和第二伸缩杆组成；所述固定卡槽设置于所述支撑台上，并与所述第一旋转圆轴的一侧卡接；所述第一旋转圆轴的另一侧连接第一伸缩杆，所述第一伸缩杆套接所述第二伸缩杆；所述第二伸缩杆的另一端连接所述第二旋转圆轴的一侧；所述第二旋转圆轴的另一侧连接所述第三旋转杆；所述旋转电机，用于控制所述第一旋转圆轴在水平面或垂直面内围绕所述固定卡槽进行旋转；所述伸缩电机，用于控制所述第二伸缩杆通过所述第一伸缩杆的内径步进式地伸长与缩短；所述第二旋转圆轴，用于通过固定角度进行旋转，工作时将所述第三旋转杆旋转至水平，收起时将所述第三旋转杆旋转至与所述第二伸缩杆平齐。
10.可选的，所述旋转电机，包括用于控制水平旋转的第一电机和用于控制垂直旋转的第二电机；所述伸缩电机，包括用于控制移动的第三电机和用于控制伸缩的第四电机。
11.可选的，还包括传输模块和后端处理平台；所述传输模块，用于将所述主控制器模块发送的所述目标物体的三维图像传输至所述后端处理平台；所述后端处理平台，用于将所述三维图像进行抛物线曲面拟合，并计算所述目标物体的体况特征值，以对所述目标物体的体况进行评估值监测。
12.可选的，还包括电源管理模块；所述电源管理模块连接所述主控制器模块，用于为所述三维图像监测装置提供电源。
13.可选的，所述三维图像采集单元包括双目测量外壳，所述双目测量外壳的一侧外表面设置有两组红外相机，所述双目测量外壳的外表面设置有防护机构，所述防护机构包括防护外壳，所述防护外壳的内部设置有风管，所述防护外壳的一侧连接有出风外壳，所述防护外壳的另一侧连接有抽风机构，所述风管的进风端与所述抽风机构的出风口连通，所述出风外壳的下端面开设有风口，所述风管的出风端与风口连通，所述风口与所述红外相机的摄像采集端位于同一竖直平面。
14.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
15.本发明通过以主体单元承载控制箱单元、旋转电机、伸缩电机和三维图像采集单元，采集目标物体的三维图像，其中，控制箱单元通过旋转电机和伸缩电机驱动所述主体单元的相应部件进行伸缩和旋转，可以灵活的实现图像采集点的位置调整；自动调整图像采集高度，可以应用于采集不同高度物体的图像；通过在承载台转动的间歇时刻对检测物进行拍摄，有利于拍摄稳定清晰的图像，不完全驱动轮的设置增大了本装置的实用范围，使本装置能够用于不同大小检测物的取像检测，橡胶圈的设置增加了传动轴转动的阻力，减少
了传动轴的转动惯性，使传动轴只有在不完全驱动轮与传动柱齿轮啮合时才会转动，保证了传动精度，进而保证了取像的准确性。可以通过防护机构中的抽风机构抽风，通过风管的出风端口出风，风口呈为扁平状，空气通过风口流出，形成风幕，进而对红外相机进行防护。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明三维图像采集装置结构示意图；
18.图2为本发明承载台内部结构示意图；
19.图3为本发明三维图像采集单元结构示意图；
20.其中，100为三维图像采集装置、1为控制箱单元、2为电机组、3为三维图像采集单元、301为双目测量外壳、302为红外相机、303为盖板、304为固定连接板、305为防护机构、4为固定平台、5为第一连接板、501为丝杆、502为限位块、503为第一滑块、504为第二滑块、505为第一连接杆、506为第二连接杆、507为第二连接板、6为承载台、61为驱动盒、610为一号伞齿轮、611为二号伞齿轮、612为支撑轴、613为转动盘、614为防护门、62为驱动电机、63为不完全驱动轮、64为支撑座、641为通孔、642为轴承、643为橡胶圈、65为传动轴、66为传动柱齿轮、67为一号齿轮、68为连接轴、69为二号齿轮、7为固定卡槽、8为第一旋转圆轴、9为第二旋转圆轴、10为第三旋转杆、11为第一伸缩杆、12为第二伸缩杆、13为支撑台。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明的目的是提供一种三维图像采集装置，以解决上述现有技术存在的问题，使图像采集单元和被采集物体之间的距离和角度能够灵活改变，从而提高了三维图像采集的效率。
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
24.参考附图1
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附图3所示，本发明提供一种三维图像采集装置100，包括主体单元、控制箱单元1、电机组2和三维图像采集单元3，电机组2采用旋转电机和伸缩电机，分别包括第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，分别控制水平旋转、垂直旋转、移动和伸缩，通过这四部电机可以360度的全方位的控制；主体单元包括固定平台4和支撑臂，支撑臂底部设置于固定平台4一侧，支撑臂上设置有旋转部件和伸缩部件；控制箱单元1由主控制器模块和电机控制模块组成，电机控制模块连接主控制器模块、旋转电机和伸缩电机；其中，主控制器模块，用于对旋转电机和/或伸缩电机下发控制指令，以控制支撑臂进行旋转或伸缩；旋转电机连接旋转部件，伸缩电机连接伸缩部件；三维图像采集单元3挂接于支撑臂顶部，
与主控制器模块电连接，以采集目标物体的三维图像信息；固定平台4远离支撑臂的一侧固定连接有第一连接板5，第一连接板5的中心固定连接有丝杆501，丝杆501的中心固定连接有限位块502，丝杆501的表面且位于限位块502两侧分别固定连接有第一滑块503和第二滑块504，第一滑块503和第二滑块504的顶部分别转动连接有第一连接杆505和第二连接杆506，第一连接杆505和第二连接杆506的顶部固定连接有第二连接板507；第二连接板507上固定设置有承载台6，承载台6上安装有转动盘613，转动盘613上用于放置目标物体。
25.具体的，承载台6包括驱动盒61，驱动盒61安装在第二连接板507上，驱动盒61内安装有朝上的驱动电机62，驱动电机62的输出轴上安装有不完全驱动轮63，驱动电机62的左侧安装有两个支撑座64，支撑座64的上方沿水平方向通过轴承642连接的方式安装有传动轴65，传动轴65的一端安装有传动柱齿轮66，传动柱齿轮66与不完全驱动轮63相配合，传动轴65的另一端安装有一号齿轮67，一号齿轮67的上方设有连接轴68，连接轴68的一端通过轴承642连接的方式安装在驱动盒61的左内侧壁上，连接轴68的中部安装有二号齿轮69，二号齿轮69与一号齿轮67相啮合，连接轴68远离驱动盒61的左内侧壁的一端安装有一号伞齿轮610，一号伞齿轮610的上方设有二号伞齿轮611，二号伞齿轮611沿水平方向设置并与一号伞齿轮610相啮合，二号伞齿轮611的中部沿竖直方向安装有支撑轴612，支撑轴612向上延伸并贯穿驱动盒61的顶部，支撑轴612通过轴承642连接的方式安装在驱动盒61的顶部的中部，支撑轴612远离二号伞齿轮611的一端安装有转动盘613。
26.不完全驱动轮63的外圆周上均布设有若干螺纹孔，螺纹孔的中心线指向不完全驱动轮63的圆心，螺纹孔内通过螺纹连接的方式安装有若干圆柱齿。
27.驱动盒61靠近驱动电机62的一侧开设有换齿窗口，换齿窗口通过铰接的方式安装有防护门614。其中，为了方便不完全驱动轮63上圆柱齿的拆装，在驱动盒61上开设换齿窗口，并在换齿窗口上安装防护门614，避免外界灰尘的进入。
28.旋转部件包括支撑臂上的固定卡槽7、第一旋转圆轴8、第二旋转圆轴9和第三旋转杆10；伸缩部件包括支撑臂上的第一伸缩杆11和第二伸缩杆12；固定卡槽7设置于支撑台13上，支撑台13固定设置于固定平台4一侧，固定卡槽7与第一旋转圆轴8的一侧卡接；第一旋转圆轴8的另一侧连接第一伸缩杆11，第一伸缩杆11套接第二伸缩杆12；第二伸缩杆12的另一端连接第二旋转圆轴9的一侧；第二旋转圆轴9的另一侧连接第三旋转杆10；旋转电机用于控制第一旋转圆轴8在水平面或垂直面内围绕固定卡槽7进行旋转；伸缩电机用于控制第二伸缩杆12通过第一伸缩杆11的内径步进式地伸长与缩短；第二旋转圆轴9用于通过固定角度进行旋转，工作时将第三旋转杆10旋转至水平，收起时将第三旋转杆10旋转至与第二伸缩杆12平齐。旋转电机包括用于控制水平旋转的第一电机和用于控制垂直旋转的第二电机；伸缩电机包括用于控制移动的第三电机和用于控制伸缩的第四电机。
29.本发明还包括传输模块和后端处理平台；传输模块用于将主控制器模块发送的目标物体的三维图像传输至后端处理平台；后端处理平台，用于将三维图像进行抛物线曲面拟合，并计算目标物体的体况特征值，以对目标物体的体况进行评估值监测。还包括电源管理模块；电源管理模块连接主控制器模块，用于为三维图像监测装置提供电源。
30.三维图像采集单元3包括通过固定连接板304与第三旋转杆10底部固定连接的双目测量外壳301，双目测量外壳301的一侧外表面设置有两组红外相机302，双目测量外壳301的外表面设置有防护机构305，防护机构305包括防护外壳，防护外壳的内部设置有风
管，防护外壳的一侧连接有出风外壳，防护外壳的另一侧连接有抽风机构，风管的进风端与抽风机构的出风口连通，出风外壳的下端面开设有风口，风管的出风端与风口连通，风口与红外相机的摄像采集端位于同一竖直平面。利用防护机构中的抽风机构抽风，通过风管的出风端口出风，风口应当为扁平状，空气通过风口流出，形成风幕，进而对红外相机302进行防护。双目测量外壳301的前端外表面滑动连接有盖板303，盖板303可覆盖红外相机302，在不使用时，保护镜头；抽风机构的进风口的位置设置有滤网，用于防止大颗粒物质进入风管。红外相机302是由红外增透膜和ccd图像传感器组成的左、右红外相机，在使用时，通常先搭建弱纹理液压元件三维测量平台，再对测量平台进行标定，确定左、右红外相机的内外参数及相对位置关系，通过投影仪在液压元件表面投射数字散斑图案；利用左、右红外相机同时拍摄表面覆盖有散斑图案的待测液压元件，采集左散斑图像和右散斑图像；对左散斑图像和右散斑图像进行图像匹配，获取左散斑图像和右散斑图像中对应点的匹配关系，根据左、右红外相机的内外参数、相对位置关系获得液压元件的三维点云数据；根据三维点云数据重建液压元件的三维形貌，获取液压元件三维尺寸信息。
31.电源管理模块提供整个装置的电源，首先是将装置置于合适位置，根据监测的目标物体的大小、以及隔间中心的位置，设置伸缩电机、水平旋转电机、垂直旋转电机的参数，控制第二伸缩杆12伸长至特定位置、控制第三旋转杆10到相应的位置。位置调整合适后，三维图像采集单元3开始工作，将采集到的图像发送至主控制器模块，最后利用传输模块通过无线的方式将图像发送至远程的后端处理平台。其中，丝杆501的转动控制端为转轮，转轮上设置有手柄，通过转动手柄，两个滑块可以沿着丝杆501相向移动，进而通过与滑块相连的两个连杆带动第二连接板507上升，使得承载台6上升，缩短图像采集单元3和待测物体的距离；需要对检测物进行拍摄时，控制器控制驱动电机62工作，驱动电机62带动不完全驱动轮63转动，不完全驱动轮63通过与传动柱齿轮66啮合带动传动柱齿轮66间歇转动，传动柱齿轮66通过传动轴65带动一号齿轮67转动，一号齿轮67通过齿轮啮合带动二号齿轮69转动，二号齿轮69通过连接轴68带动一号伞齿轮610转动，一号伞齿轮610带动二号伞齿轮611转动，二号伞齿轮611带动支撑轴612转动，支撑轴612带动转动盘613转动，转动盘613上的检测物间歇转动。其中，根据检测物大小的不同，需要转动盘613转动不同的角度，通过拆装圆柱齿的方式可以改变不完全驱动轮63一次带动传动柱齿轮66转动的角度，进而改变转动盘613一次旋转的角度，此设置增大了本装置的实用范围，使本装置能够用于不同大小检测物的取像检测。
32.驱动盒61靠近驱动电机62的一侧开设有换齿窗口，换齿窗口通过铰接的方式安装有防护门614。其中，为了方便不完全驱动轮63上圆柱齿的拆装，在驱动盒61上开设换齿窗口，并在换齿窗口上安装防护门614，避免外界灰尘的进入。
33.支撑座64的上部沿水平方向设有通孔641，通孔641内安装有轴承642，通孔641的两端安装有橡胶圈643，传动轴65依次穿过橡胶圈643与轴承642，并通过紧配合的方式与橡胶圈643相连接。其中，橡胶圈643的设置增加了传动轴65转动的阻力，减少了传动轴65的转动惯性，使传动轴65只有在不完全驱动轮63与传动柱齿轮66啮合时才会转动，保证了传动精度，进而保证了取像的准确性。
34.操作者将检测物放置在转动盘613上，根据检测物的大小判断转动盘613每次需要转动的角度，进而在不完全驱动轮63上安装对应数量的圆柱齿，圆柱齿安装完毕后，关闭防
护门614，驱动电机62带动不完全驱动轮63转动，不完全驱动轮63通过与传动柱齿轮66啮合带动传动柱齿轮66间歇转动，传动柱齿轮66通过传动轴65带动一号齿轮67转动，一号齿轮67通过齿轮啮合带动二号齿轮69转动，二号齿轮69通过连接轴68带动一号伞齿轮610转动，一号伞齿轮610带动二号伞齿轮611转动，二号伞齿轮611带动支撑轴612转动，支撑轴612带动转动盘613转动，转动盘613上的检测物间歇转动，在承载台6转动的间隙时刻，通过控制器模块控制三维图像采集单元对检测物进行拍摄取像，待承载台6转动一周后，计算机将图像进行合成，形成完整的三维图像；通过在承载台6转动的间歇时刻对检测物进行拍摄，有利于拍摄稳定清晰的图像，不完全驱动轮63的设置增大了本装置的实用范围，使本装置能够用于不同大小检测物的取像检测，橡胶圈643的设置增加了传动轴65转动的阻力，减少了传动轴65的转动惯性，使传动轴65只有在不完全驱动轮63与传动柱齿轮66啮合时才会转动，保证了传动精度，进而保证了取像的准确性。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。