[发明专利]柱状体外周形状测量装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物体外形的测量装置与方法，特别是一种柱状体外周形状测量装置与方法。

背景技术

在医学测量和工业测量中，人们常常需要对物体的外形和尺寸进行测量，目前的测量设备有：三座标测量系统、固定式激光扫描系统和机械臂抄数机。上述设备不仅可以对物体进行三维测量，还可以对柱状体的外周形状进行测量。但是上述设备在测量的时候对物体的大小和测量状态有很高要求，例如，在测量时，被测物体必须能够摆放在测量装置上，被测物在测量过程中不能随意移动；并且传统的测量探头均为接触式的测量探头，对于某些柔性物体(如人体)不适合。

采用固定式激光扫描系统对物体外周形状的测量的时候是将被测物放置到测距仪前并且对被测物进行旋转，同时记录旋转的位置，从而得到其一周的测量数据。这种方法不适于被测物不便旋转的情况，比如人体的测量。另一种方法是对被测物不进行旋转，而将探测装置旋转，这也是一种常见的3D测量方法，比如人体外形的测量和其他物件的扫描测量。这类装置通常都有一个基座，被测物或人置于基座上，基座带动扫描臂进行扫描。对于一个长形的柱状体，当物体的长度大于扫描臂时，就无法将大出的部位置入测量范围，从而无法测量。

近些年出现的手持式激光扫描仪具有很大的灵活性，使用中不需要将被测物移动到系统的测量位置，而可以手持扫描头，到现场对物体进行扫描，获得物体的三维数据。按照需要的路径扫描，也可以获得柱状体的截面形状，但需要明确扫描的范围并对数据进行后处理来得出一个截面的外周形状。另外，激光扫描头也存在激光辐射的问题，例如对头部进行测量的时候，需要避免激光进入人眼。

由上可知，现有技术中的测量设备比较复杂并且限制条件很多，不适合对柱状体或人体进行测量。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种柱状体外周形状测量装置与方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种柱状体外周形状测量装置，包括外部机架、定位支撑装置、位置编码读取装置、驱动装置、初始定位装置、转环、测距模块和控制与显示模块；

所述驱动装置、定位支撑装置、位置编码读取装置、初始定位装置和控制与显示模块均设置在外部机架上，外部机架的中部开有圆形通孔，圆形通孔的内壁设置转环，转环的上设置测距装置,所述测距装置包括至少一个测距探头，所述测距探头均对准转环的圆心，驱动装置用于驱动转环旋转，定位支撑装置用于对转环进行支持定位，位置编码读取装置用于确定转环角度；所述驱动装置、测距模块、位置编码读取装置、初始定位装置均与控制与显示模块相连。

图1所示测距装置包括四个相同的测距探头，该四个测距探头均匀的分布在转环上；所述测距探头为光学测距探头或超声测距探头。

所述驱动装置包括内部防护环，该内部防护环位于转环的内侧。防护环不影响探测器的工作，但防止外部物件或人手进入转环内。

所述驱动装置包括驱动滑轮和驱动电机，所述驱动滑轮在驱动电机的带动下旋转，该驱动滑轮通过固定件固定在外部机架上并与转环相接触。

所述定位支撑装置的数量大于等于1，每个定位支撑装置均包括固定件和支撑滑轮，所述支撑滑轮通过固定件设置在外部机架上，每个支撑滑轮均与转环相接触。

支撑滑轮的外周开有凹槽，转环的周边嵌套在支撑滑轮外周的凹槽内；或者，转环的外周开有凹槽，支撑滑轮的周边嵌套在转环外周的凹槽内。

位置编码读取装置包括编码器支架、编码器弹簧、编码器和编码器接触轮,所述编码器设置在编码器支架上，编码器上装有编码器接触轮，所述编码器接触轮与转环相接触，编码器支架上还设置编码器弹簧，编码器弹簧的另一端与外部机架相连。

测距探头上设置充电电池，充电电池由与其配套的无线充电器充电，无线充电器包括无线充电接收模块和无线充电发送模块，所述无线充电接收模块设置在转环上并与充电电池相连，为其充电，无线充电发送模块设置在外部机架上；

或者转环的外周设置一组以上的导电环，在外部机架上设置对应的导电刷，所述导电刷与导电环相接触，形成外部机架和内部转环的电连接，从而对转环上的测距探头供电。

一种基于上述柱状体外周形状测量装置的标定方法，采用全周旋转的标定方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将两个标定物支撑台置于测量装置外部机架的两侧，并通过外部机架上的定位孔确定位置，放置半径为R的圆柱形标定物于支撑台上，标定物穿过测量转环，其轴向与转环所在平面垂直，标定物的中心轴靠近测量环的中心；

步骤2、测量系统初始化，将转环归位到初始位置；

步骤3、运行一次测量，并记录测量数据；