CN105136034A - 一种协同控制调节多激光器的装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种协同控制调节多激光器的装置属于视觉测量领域，涉及一种协同控制调节多激光器的装置。该装置由箱体、两套结构完全相同的旋转组件和两组结构完全相同的阵列架组成。两套旋转组件对称安装在箱体上，两组阵列架分别与两套阵列架固定连接。阵列架由基本支架以及结构完全相同的五组间距调节装置构成；五组间距调节装置在基本支架上的布局是中间安装一组，四角对称放置各安装一组；每组间距调节装置通过螺钉与基本支架连接固定，呈对称状布局。本发明实现了对多组线激光器的灵活控制，针对不同的测量需求投射出不同的光条模式，实时稳定地调节光条间距。该装置结构紧凑，占用空间小，性能可靠，操作方便，有效地提高了视觉测量的效率。

Description

一种协同控制调节多激光器的装置

技术领域

本发明属于视觉测量领域，特别涉及一种协同控制调节多激光器的装置，

背景技术

在利用视觉测量技术对大型结构件的尺寸进行测量时，由于摄像机视场有限，往往需要多台摄像机同时对被测物进行测量，并通过拼接技术将它们测得的数据信息进行融合，从而实现对大型结构件的尺寸测量。数据拼接在测量过程中具有十分重要的作用，为了提高拼接的精度和鲁棒性，常常利用多台线激光器在被测物表面投射交叉网格并提取网格的交点作为多台摄像机之间数据拼接的特征点，实现被测物尺寸的测量。而在对被测物的高度进行测量时，又需要线激光器组在被测物表面投射多条竖直方向上的平行光条。同理，在对被测物的宽度进行测量时，需要线激光器组能够投射多条水平方向上的平行光条。而且，在实际测量过程中，由于被测物经常变化，需要根据被测物的体积大小及测量距离实时调节投射光条之间的间距，以保证测量的精度和效率。在之前的测量中，往往将多台激光器放在一个支架上，通过手动调整来改变光条投射模式，而其投射光条的间距则是通过在激光器的下方垫放物体来进行调节，不仅效率低下，而且精度无法保证。因此需要设计一种控制调节装置，实现多台线激光器的灵活控制，使其能够快速方便地投射水平、竖直以及交叉网格三种光条形式，而且能够对投射光条之间的间距进行快速灵活地调节，并在调节结束后保持稳定。同时，为了保证整个视觉测量***的便捷性，需要尽可能减小各部分装置的体积。

现在已有许多发明人针对具体的应用功能发明了相应的调节装置。如专利公告号为CN202471447名称为“电缆切片快速转换装置”的专利中，在转向平台上同时安装多个不同的夹具，转换时旋松锁紧螺杆，使转向平台相对机座沿锁紧螺杆的轴线转动，从而快速地将所需的夹具移动到位，最后通过锁紧螺杆对转向平台进行固定。但这种转换方式需要手动调节锁紧螺杆，应用于视觉测量过程中会影响测量的效率。在专利公告号为CN102788235名称为“调整装置”的专利中，利用导向筒、导向杆及定位结构组成一种调节装置，导向杆在导向筒内滑动，定位结构设于导向筒的外壁上，用来确定滑动位置并进行锁紧，从而实现整个机构的伸缩。该机构可以方便地调节机构的长度，但其不能实现连续调节，而且同样需要手动锁死，效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，针对多台激光器投射模式快速转换及投射光条间距灵活稳定调节的问题，发明了一种协同控制调节多激光器的装置。该装置可同步控制多台激光器，使其能够投射水平、竖直及交叉网格三种图案模式，并能够在三种模式间灵活快速转换。同时，该装置可实时调节投射光条间距，并能在调节结束后保持稳定。为视觉测量提供极大的便利，有效提高了视觉测量的效率。

本发明所采用的技术方案是一种协同控制调节多激光器的装置，该装置具有箱体Ⅰ和两套结构完全相同的旋转组件Ⅱ，其特征是，装置还具有两组结构完全相同的阵列架Ⅲ，两套旋转组件Ⅱ对称安装在箱体Ⅰ上，两组阵列架Ⅲ分别与两套阵列架Ⅲ固定连接；阵列架Ⅲ由基本支架b以及结构完全相同的五组间距调节装置a构成；五组间距调节装置a在基本支架b上的布局是中间安装一组，四角对称放置各安装一组；每组间距调节装置a通过螺钉与基本支架b连接固定，呈对称状布局；

旋转组件Ⅱ由外法兰1、轴承2、挡圈3、端盖4、套筒5以及内法兰6组成。外法兰1通过螺钉与箱体Ⅰ连接固定，在其内部通过套筒5及一对轴承2与内法兰6连接，内法兰6在外部通过螺钉与阵列架Ⅲ连接固定，轴承2的固定由内法兰6的轴肩、套筒5以及挡圈3实现。内法兰6的另一端与端盖4相连，并在连接的地方开有孔洞，以便于激光器的电源线穿过旋转组件Ⅱ与箱体Ⅰ中的电源相连。端盖4与控制电机连接，控制电机通过旋转组件Ⅱ带动阵列架Ⅲ旋转，实现光条投射模式的转换。

在阵列架Ⅲ中，基本支架b由多块不同形状的铝合金板构成，两块角铝(9)通过螺钉将左板7和中板8、右板10和中板8固定在一起，呈H状；在左、右板7、10上分布有多对定位孔，在中板8的中心位置开有通孔；间距调节装置a中的电机11固定于横板12上，竖板13一边与横板12通过螺钉固定连接，另一边与基本支架b中的左板7固定在一起，使整个间距调节装置a固定在基本支架b上；电机11的输出端通过丝杠14与升降螺母15连接，U形块16下端通过螺钉与升降螺母15固定连接，上端通过销轴19与一个能够在左导轨17以及右导轨18扣合形成的轨道里绕销轴19滚动的滚轮23连接。左导轨17和右导轨18通过螺钉与激光器底座21连在一起，激光器底座21上部通过螺钉与激光器22相连，在其下部有一对定位孔，一对短销24与一对支架20铰接在一起，激光器底座21可绕短销24旋转，一对支架20下方通过螺钉与横板12固定在一起，对激光器底座21起一定支撑作用。

本发明的有益效果是，将多台线激光器分为两组安装在两个阵列架上，两个阵列架均可以投射平行激光，通过旋转组件带动阵列架整体旋转，可以轻松方便地投射以水平平行光条、竖直平行光条以及交叉网格光条为主的光条模式。每个阵列架装有五个模块化的光条间距调节装置，结构紧凑，占用空间小，加工、安装拆卸都简单可靠，并能够快速调节光条间距，且由于丝杠的特性，可以在调节完成后自锁，整体装置操作简单，性能可靠。

附图说明

图1是装置总体示意图，其中，图a)装置主视图，图b)装置左视图，图c)-装置俯视图；图2是图1b)的A-A视图，表示旋转组件Ⅱ的结构；图3是阵列架Ⅲ的布局图，a-间距调节装置，b-基本支架；图4是阵列架Ⅲ的结构主视图，图5阵列架Ⅲ的左视图；图6是间距调节装置a的结构示意图。

其中：Ⅰ-箱体，Ⅱ-旋转组件，Ⅲ-阵列架，a-间距调节装置，b-基本支架，1-外法兰，2-轴承，3-挡圈，4-端盖，5-套筒，6-内法兰，7-左板，8-中板，9-角铝，10-右板，11-电机，12-横板，13-竖板，14-丝杠，15-升降螺母，16-U形块，17-左导轨，18-右导轨，19-销轴，20-支架，21-激光器底座，22-激光器，23-滚轮，24-短销。

具体实施方式

下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。针对视觉测量中不同情况下对辅助线激光器组不同投射模式的需求，发明了一种可以快速改变光条投射模式、快速调节光条间距并自锁的机械装置，如图1所示。由PLC、单片机、运动控制卡等可以发射脉冲的电气控制设备对本装置的12个步进电机进行控制，其中两个电机控制旋转组件进行旋转，改变投射光条的方向，实现投射模式的转换，剩余十个电机分别用来调整对应激光器的俯仰角度，从而实现光条之间间距的调节。

本装置由箱体Ⅰ、两套结构完全相同的旋转组件Ⅱ和两组结构完全相同的阵列架Ⅲ组成。装置总体示意图如图1所示。箱体Ⅰ起到支撑整个装置的作用，并能够在内部存放电源等相关设备，在其前面板部分开有两个圆形孔洞，用来与旋转组件Ⅱ的外法兰1相连，支撑整个执行机构。

图2表示旋转组件Ⅱ的结构，旋转组件Ⅱ由外法兰1、轴承2、挡圈3、端盖4、套筒5以及内法兰6组成。外法兰1通过螺钉固定于箱体Ⅰ前面板的圆形孔洞处，在其内部通过套筒5及一对轴承2与内法兰6连接，内法兰6在外部通过螺钉与阵列架Ⅲ连接固定，带动阵列架进行旋转，轴承2的固定由内法兰6的轴肩、套筒5以及挡圈3完成。内法兰6的另一端穿过轴承2与端盖4连接，并在连接的地方开有孔洞，方便激光器的电源线穿过旋转组件Ⅱ与箱体Ⅰ中的电源相连。端盖4另一端与控制电机连接，控制电机提供旋转动力，并通过旋转组件Ⅱ带动阵列架Ⅲ旋转，从而实现光条投射模式的转换。

在图3中表示出阵列架Ⅲ中的五组间距调节装置a和基本支架b的布局形式，间距调节装置a在基本支架b中间安装一组，在基本支架b四角对称放置各安装一组，呈对称状布局。

图4是阵列架Ⅲ结构主视图，表示出基本支架b的结构：基本支架b由角铝9、左板7、中板8以及右板10组成，左板7、中板8以及中板8与右板10之间均由角铝9通过螺钉固定连接。在中板8的中心位置开有与旋转组件Ⅱ的内法兰6中心相同大小的通孔，装配时将中板8与内法兰6的中心孔对齐后通过螺钉固定连接。在左、右板7、10上分布有多对定位孔，分别用来与五组间距调节装置a的竖板13上的定位孔进行配合，装配时对齐后同样通过螺钉进行固定连接。间距调节装置a的具体机构如图4、图5所示，由于5个间距调节装置结构完全一样，以左上角间距调节装置a为例说明与基本支架b的装配。首先将竖板13上的定位孔与基本支架b上左板7的定位孔通过螺钉连接固定在一起，横板12和竖板13通过直角铝块和螺钉按照如图6所示方式固定在一起。将电机11固定在横板12下部，在横板12与电机相连的部位开有孔洞，丝杠14穿过孔洞与电机11连接，工作时在电机的带动下旋转。丝杠14的上端与升降螺母15通过螺纹相配合。在升降螺母15的上方与U形块16通过螺钉固定连接，在U形块16的下方中心部位同样开有孔洞，丝杠14从中穿过。在U形块16的上方两端开有通孔。左导轨17和右导轨18扣合在一起，共同形成一个完整的导轨，二者通过螺钉固定连接。滚轮23安装在左导轨21和右导轨23中间，并在导轨的约束下只能沿导轨滚动。在滚轮23的中心开有与U形块24上方两通孔大小一致的孔，销轴19同时穿过U形块16的两个通孔以及滚轮23的中心孔，将左导轨17、右导轨18、滚轮23以及U形块16连接在一起，滚轮23可以绕销轴19转动。两个支架20下端与横板12通过螺钉连接固定，上方通过短销24与激光器底座21相连，对激光器底座21及激光器22起支撑作用，同时激光器底座21可以绕短销24旋转。工作时，电机11带动丝杠14旋转，由于丝杠本身固定，升降螺母15和U形块16将会在丝杠14的作用下产生上下方向的运动，滚轮23将在上下运动的同时绕销轴19沿导轨滚动，同时推动激光器底座21以及与其固定在一起的激光器22围绕短销24俯仰，从而实现对激光光条的位置的调整。其余4组间距调节装置a的安装与上述装配相同。

本实施例采用10台激光器，每个阵列架Ⅲ上5台。具体的实施中包括光条模式选择和光条间距调节两个部分，在初始位置，两组阵列架Ⅲ上的激光器均投射水平光条，即光条投射状态为水平光条模式。此时，将其中某一个阵列架旋转90°，则其上面的5台激光器将投射出竖直状态的光条，与另一个阵列架的水平光条投射在一起，即产生了交叉网格状的光条模式。若继续将另一个阵列架按相同方向旋转90°，则两个阵列架上的10台激光器均投射竖直光条，即实现了竖直光条投射模式。

在光条间距调节阶段，通过控制任一间距调节装置a的电机11转动，进而通过丝杠14带动升降螺母15、U形块16和滚轮23升降，从而使激光器22及激光器底座21围绕短销24俯仰，实现单个光条间距的调节。另外，由于丝杠的传动特性，在没有发送控制信号的时候，激光器将会保持原位不动，具有较好的稳定性，可以有效防止在测量过程中由于光条移动而造成干扰。若同时给多个电机发送控制信号，则可以同步调节多台激光器运动，实现光条间距整体变宽、变窄等功能，进一步提高测量的效率。

在使用过程中，紧凑的阵列架形式配合旋转组件，可以快速稳定地切换多台线激光器的光条投射模式，独立的间距调节装置可以实现单个或多个光条间距的灵活快速调节，丝杠传动的单向性可以有效保证调节后光条的稳定。

本发明将多个功能部分集合到一起，可有效地实现视觉测量中对多组线激光器的灵活控制，使其针对不同的测量需求投射出不同的光条模式，并能够根据被测物的大小及测量距离的改变实时稳定地调节光条间距，性能可靠，操作方便，有效地提高了视觉测量的效率。

Claims (1)

1.一种协同控制调节多激光器的装置，该装置具有箱体和两套结构完全相同的旋转组件，其特征是，装置还具有两组结构完全相同的阵列架(Ⅲ)，两套旋转组件(Ⅱ)对称安装在箱体(Ⅰ)上，两组阵列架(Ⅲ)分别与两套阵列架(Ⅲ)固定连接；阵列架(Ⅲ)由基本支架(b)以及结构完全相同的五组间距调节装置(a)构成；五组间距调节装置(a)在基本支架(b)上的布局是中间安装一组，四角对称各安装一组；每组间距调节装置(a)通过螺钉与基本支架(b)连接固定，呈对称状分布；

旋转组件(Ⅱ)由外法兰(1)、轴承(2)、挡圈(3)、端盖(4)、套筒(5)以及内法兰(6)组成；外法兰(1)通过螺钉与箱体(Ⅰ)连接固定，在外法兰(1)内孔中通过套筒(5)及一对轴承(2)与内法兰(6)连接，内法兰(6)在外部通过螺钉与阵列架(Ⅲ)连接固定，轴承(2)的固定由内法兰(6)的轴肩、套筒(5)以及挡圈(3)实现；内法兰(6)的另一端与端盖(4)相连，并在连接的地方开有孔洞，以便于激光器的电源线穿过旋转组件(Ⅱ)与箱体(Ⅰ)中的电源相连；端盖(4)与控制电机连接，控制电机通过旋转组件(Ⅱ)带动阵列架(Ⅲ)旋转，实现光条投射模式的转换；

在阵列架(Ⅲ)中，基本支架(b)由多块不同形状的铝合金板构成，两块角铝(9)通过螺钉将左板(7)和中板(8)、右板(10)和中板(8)固定在一起，呈H状；在左、右板7、10上分布有多对定位孔，在中板8的中心位置开有通孔；间距调节装置(a)中的电机(11)固定于横板(12)上，竖板(13)一边与横板(12)通过螺钉固定连接，另一边与基本支架(b)中的左板(7)固定在一起，使整个间距调节装置(a)固定在基本支架(b)上；电机(11)的另一端通过丝杠(14)与升降螺母(15)连接，U形块(16)下端通过螺钉与升降螺母(15)固定连接，上端通过销轴(19)与一个在左导轨(17)以及右导轨(18)扣合形成的轨道里绕销轴(19)滚动的滚轮(23)连接；左导轨(17)和右导轨(18)通过螺钉与激光器底座(21)连在一起，激光器底座(21)上部通过螺钉与激光器(22)相连，在其下部有一对定位孔，一对短销(24)与一对支架(20)铰接在一起，激光器底座(21)绕短销(24)旋转，一对支架(20)下方通过螺钉与横板(12)固定在一起，对激光器底座(21)起支撑作用。