CN106510099A - 全自动完整鞋楦三维数据测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

全自动完整鞋楦三维数据测量装置及方法，涉及鞋楦三维测量技术领域，为了解决现有的鞋楦三维信息测量装置很难在三维数据完整性、测量过程全自动化、三维数据分辨率和精度较高、测量时间适当这四点达到很好的平衡的问题。DLP投影仪用于投射光栅图像，工业相机用于采集光栅图像，鞋楦夹具用于夹紧被测鞋楦，鞋楦夹具通过鞋楦夹具固定座与标定筒顶端紧固连接，标定筒的底端与内环蜗轮蜗杆传动机构的转轴固定连接，内环旋转限位开关用于对标定筒的旋转进行限位，外环蜗轮蜗杆传动机构的转轴与内环框架一侧的侧板固定连接，内环摆动限位开关用于对内环框架的摆动进行限位。本发明适用于测量鞋楦三维数据。

Description

全自动完整鞋楦三维数据测量装置及方法

技术领域

本发明涉及鞋楦三维测量技术领域，具体涉及全自动完整鞋楦三维数据测量技术。

背景技术

鞋楦是制鞋的基础和重要模具，作为鞋子的母体，其在整个制鞋产业中占有很重要的地位，是制鞋工艺中鞋款式的基础，决定了鞋子的形状和穿鞋的舒适性，因此鞋楦设计要符合人体工程学的要求。目前，中国的制鞋业正面临着挑战，传统的手工制楦的方法制作周期长、精度低、生产效率低，严重制约整个制鞋产业的发展，因此必须对现行的制鞋工艺进行全面的自动化改造。随着计算机及CAD技术的快速发展，使得鞋楦设计与制造自动化成为可能，将CAD技术引入到鞋楦的设计制造中是改造传统的制鞋业，使其向信息化方向发展的关键，也是未来发展的方向，将已有的标准鞋楦进行三维测量，将模型数字化，再用CAD软件对鞋楦曲面进行三维设计，得到标准鞋楦的三维数据。使用CAD技术对鞋楦进行快速、精准设计的前提是要有精准、全面的鞋楦三维数字数据。

目前，对鞋楦的三维测量技术按照测量的原理进行分类，主要有接触式和非接触式测量。

1、接触式测量：接触式测量的典型代表就是三坐标测量机(CMM)，它的测量原理是将各种几何元素转化为点的坐标位置，三坐标测量机的特点是测量的精度较高，但是它的速度比较慢，测量过程需要人工干预，并且还需要对测量结果进行探头的半径补偿，尤其对于鞋楦这类对细节三维信息要求比较高的物体，接触式测量的探头很难做到那么小，更为严重的是接触式测量在固定鞋楦的位置会产生三维信息丢失，很难获得完整的鞋楦三维数据信息，这些缺点限制了它在鞋楦三维测量中的应用。

2、非接触式测量：非接触式测量的典型代表是光学三维测量，光学三维测量是通过运用光学和电子仪器非接触地获取被测物体三维数据的方法和技术。目前，鞋楦三维数据的光学测量方法主要有基于线结构光的方法、基于立体视觉的方法、基于RGB-D深度相机的方法和基于激光测量的方法。

(1)基于线结构光的方法：线结构光三维扫描基于光学三角法原理，其基本原理是由线激光器向被测物体表面投射线结构光条，通过相机拍摄经被测物体表面调制而发生变形的结构光图像，然后从携带有被测物体表面三维形貌信息的图像中计算出被测物体的三维数据。该方法具有非接触，扫描速度快，获取信息丰富，扫描精度高等优点。但是测量精度受物理光学的限制，存在遮挡问题，测量精度与速度相互矛盾，难以同时得到提高。已公开的通过线结构光扫描鞋楦三维信息的方法有四种，第一种采用四个激光器和八个相机，光路直射的方式，体积大，硬件成本高，多组激光器和相机标定过程复杂，在楦头和楦跟处会出现三维数据丢失；第二种采用三个激光器和三个相机，三组激光器和相机分别位于鞋楦的左上部，右上部和底部，该方式硬件成本比第一种低，但在楦头和楦跟处三维数据丢失更为严重；第三种同样采用多组激光器和相机，不同之处在于激光器和相机平行放置，通过高镜面反射原理获取光条变形图像进而提取鞋楦三维信息，该方法只是利用高镜面反射原理改变了相机和激光器的放置方式，同样没有解决以上两种方式的问题；第四种采用六个激光器和三个相机分成三组，每组包括两个激光器和一个相机，虽然由于激光器价格低于相机而降低了硬件成本，但为了避免每组两个激光器光条的相互影响，不能同时打开两个激光器，影响扫描速度，并且由于激光光条在楦头和楦跟出变化较快，很难得到完整的鞋楦三维数据信息，并且激光器数量的增加必然导致标定过程的复杂。以上四种方式还有一个共性的问题，就是鞋楦在扫描过程中要放置在玻璃平台上，而激光光线经过玻璃会产生折射效应，导致相机获取到的激光光条与实际位置有偏差，需要进行算法补偿，过程繁琐。

(2)基于立体视觉的方法：立体视觉的原理是从两个或多个视点观察同一景物，以获取不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差来获取景物的三维信息。立体视觉方法最大的特点是拍摄速度快，但立体视觉方法数据处理量大，处理时间长，而且需要进行两幅图像的匹配，在物体表面灰度和面形变化不大时，会影响匹配和测量精度，获得的三维点密度较低，很难得到物体的细节信息，此方法在工业测量领域应用较少。已公开的通过立体视觉获取鞋楦三维信息的方法有三种，第一种采用内侧摄像头组、外侧摄像头组和底部摄像头组进行鞋楦三维数据采集，每组包含两个摄像机，通过对内侧、外侧和底部的图像进行校正和拼接，并利用边缘提取技术获取鞋楦的三维数据，该方法的成本低，但是由于使用的是网络摄像头，鞋楦三维数据精度很难满足要求，并且在楦头和楦跟处会产生三维数据缺失，并且很难得到鞋楦的细节三维信息；第二种采用八个分布在鞋楦周围的相机，通过分布在鞋楦上的标记点，利用三坐标扫描仪把标记点的位置扫描到计算机，通过采集到的脚型的多幅图像，改变鞋楦统计变形模型中的个性向量，直到模型在各图像中的投影和脚型的真实图像相吻合，得到与脚型一致的数字化鞋楦模型，该方法是通过脚的三维信息计算鞋楦的三维信息，所以不是真实的鞋楦三维数据，且装置复杂，占用空间较大，标记过程复杂，不能实现全自动获取鞋楦三维信息；第三种通过数码相机利用多幅特征曲线对鞋楦进行三维测量，该方法同样需要根据鞋楦的几何形状和特征进行布线，然后通过对数码相机拍摄的图像进行特征曲线提取，最后通过特征曲线对鞋楦进行三维信息重建，该方法的问题是仅仅通过标记曲线来重建鞋楦三维信息模型，与真实的鞋楦三维信息必然存在差距，而且在鞋楦上的布线过程繁琐，在鞋楦三维工业测量领域很难推广应用。

(3)基于RGB-D深度相机的方法：RGB-D摄像机可以同时获取RGB图像和深度图像数据。RGB-D摄像机深度成像的原理是利用光编码(Light Coding)技术，其中，红外线发射器与红外线CMOS摄像机成一定角度对准目标场景，而不均匀透明介质放置于激光发射器镜头前，红外线发射器发射一束红外线透过不均匀介质后在场景中形成激光散斑，CMOS红外接收器获取散斑图像，并根据RGB-D摄像机内部参数运用数学三角关系换算成深度值。RGB-D相机的优势在于无需借助标记点便可获取场景中所有点的三维信息，采集数据的实时性好，三维模型重建速度快。但是RGB-D摄像机拍摄获取的深度图像分辨率和精度低，不适合用于工业测量领域。已公开的通过RGB-D相机描鞋楦三维信息的方法有一种，其通过三台Kinect型号的深度相机分别从左上部、右上部和底部来获取鞋楦三维信息，然后通过深度相机两两标定的方式来拼接成鞋楦三维数据，该方法的问题是，低成本的Kinect相机空间分辨率和精度都较低，不能得到用于后续CAD设计所需要的高精度、高分辨率的鞋楦三维信息，并且三台Kinect相机很难获得楦头和楦跟的三维数据，数据采集不完整，而如果增加相机的数量必然会增加成本和相机标定的复杂性。

(4)基于激光测量的方法：激光测量方法由一个多边形镜头定位的一根直线可视激光束，通过高频扫描来对物体表面进行扫描测量；应用三角定律，激光束在物体表面经反射后由激光接受器接收，然后经计算获得物体表面的坐标。激光扫描可以精确地提供三维数据信息，数据处理简单，受环境影响小。但成本高，精度、测距与扫描速率存在矛盾关系，而且鞋楦是复杂的三维表面，使用激光测量的方法同样需要解决多个鞋楦三维数据配准的问题。因此目前还没有通过激光进行鞋楦三维信息测量的方法。

(5)基于面结构光的方法：典型的基于数字光栅投影的面结构光三维测量***由一个数字光栅投影仪装置和一个(或多个)工业相机组成。测量时使用数字光栅投影装置向被测物体投射一组光强呈正弦分布的光栅图像，并使用工业相机同时拍摄经被测物体表面调制而变形的光栅图像，然后利用拍摄到的光栅图像，根据相位计算方法得到光栅图像的绝对相位值，最后根据预先标定的***参数或相位-高度映射关系，从绝对相位值计算出被测物体表面的三维点云数据。该方法一次能获取物体一个表面的三维数据，且扫描速度快，精度和分辨率高，适合三维工业测量领域。问题是，面结构光只能一次获取鞋楦一个面的三维数据，如果需要获取完整的鞋楦三维数据，需要对鞋楦在不同角度下进行测量，然后采用标志点自动拼接技术完成。已公开的通过面结构光描鞋楦三维信息的方法有一种，该方法只是通过位于脚底下面的面结构光扫描脚底的三维数据信息，不能获取完整的鞋楦三维信息。

通过以上分析，一个能应用于鞋楦工业测量领域的三维扫描装置和方法应该满足如下要求：

(1)三维数据完整：由于完整的鞋楦三维数据是后续CAD设计软件数据源，其完整性是最根本的要求。

(2)测量过程全自动化：在鞋楦三维数据测量的过程中，无需操作人员进行参与，测量过程全自动完成，在节省效率的前提下，降低了鞋楦三维测量的复杂性和出错的概率。

(3)三维数据分辨率和精度较高：满足精度和分辨率要求的鞋楦三维数据同样是后续CAD软件进行设计的前提和基础，因为只有鞋楦三维信息的数据分辨率和精度满足要求，通过后续的CAD软件进行设计才有意义。

(4)测量时间适当：测量时间不能太长，应控制在1-2分钟以内。

现有的鞋楦三维信息测量装置很难在以上四点达到很好的平衡，故很难在鞋楦三维工业测量领域得到推广使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有鞋楦三维测量方法存在的问题，从而提供全自动完整鞋楦三维数据测量装置及方法。

本发明所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，包括DLP投影仪、工业相机、鞋楦夹具、鞋楦夹具固定座、标定筒、内环旋转限位开关、内环蜗轮蜗杆传动机构、内环摆动限位开关、外环蜗轮蜗杆传动机构、PC机、控制箱、轴承、外环框架和内环框架；

DLP投影仪用于投射光栅图像，工业相机用于采集光栅图像；

鞋楦夹具用于夹紧被测鞋楦，鞋楦夹具通过鞋楦夹具固定座与标定筒顶端紧固连接，标定筒的底端与内环蜗轮蜗杆传动机构的转轴固定连接，内环旋转限位开关用于对标定筒的旋转进行限位；

鞋楦夹具、鞋楦夹具固定座、标定筒和内环旋转限位开关均位于内环框架内；

外环蜗轮蜗杆传动机构的底座与外环框架一侧的侧板固定连接，外环蜗轮蜗杆传动机构的转轴与内环框架一侧的侧板固定连接，内环摆动限位开关设置在外环框架一侧的侧板上，用于对内环框架的摆动进行限位；外环框架另一侧的侧板和内环框架另一侧的侧板通过轴承连接，使内环框架实现摆动；

控制箱与内环旋转限位开关和内环摆动限位开关电气连接，控制箱用于控制内环蜗轮蜗杆传动机构和外环蜗轮蜗杆传动机构的转动；控制箱通过RS232接口与PC机通信，PC机通过HDMI接口与DLP投影仪相连，PC机通过USB口与工业相机相连。

本发明所述的第一种全自动完整鞋楦三维数据测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、面结构三维测量***的标定：

DLP投影仪向标定板投射正弦光栅，工业相机拍摄带有正弦光栅的标定板图像，通过标定算法实现测量***的标定；

步骤二、被测鞋楦的装夹：

鞋楦夹具***被测鞋楦统口处的金属套管内，夹紧被测鞋楦；

调整鞋楦夹具及鞋楦夹具固定座使被测鞋楦的中心与内环框架的中心重合；

步骤三、粘贴标志点：

在被测鞋楦和/或标定筒的侧壁粘贴标志点；

步骤四、待测鞋楦的三维数据测量：

控制箱通过RS232接口给PC机发送测量信号，PC机控制DLP投影仪和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，得到三维数据；

步骤五、待测鞋楦摆动N°：

控制箱驱动外环蜗轮蜗杆传动机构，使内环框架摆动N°；

步骤六、待测鞋楦摆动到N°的三维数据测量：

控制箱通过RS232接口给PC机发送测量信号，PC机控制DLP投影仪和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，通过标志点与上次测量得到的三维数据进行自动配准；

步骤七、待测鞋楦轴向旋转：

控制箱驱动内环蜗轮蜗杆传动机构使待测鞋楦旋转度；

步骤八、待测鞋楦轴向旋转后的三维数据测量：

控制箱通过RS232接口给PC机发送测量信号，PC机控制DLP投影仪和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，通过标志点与上次测量的三维数据进行自动配准；

步骤九、待测鞋楦摆动方向上归位：

控制箱驱动外环蜗轮蜗杆传动机构，使内环框架摆回N°；

重复步骤四至步骤九，直至待测鞋楦旋转一圈，得到完整的待测鞋楦的三维数据。

本发明所述的第二种全自动完整鞋楦三维数据测量装置的测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、面结构三维测量***的标定：

DLP投影仪向标定板投射正弦光栅，工业相机拍摄带有正弦光栅的标定板图像，通过标定算法实现测量***的标定；

面结构光三维测量***可以由一个DLP投影仪和一个工业相机组成，也可以由一个DLP投影仪和两个工业相机组成(两个工业相机分别位于DLP投影仪的左右两侧)，工业相机与DLP投影仪呈一定的角度。

步骤二、被测鞋楦的装夹：

鞋楦夹具***被测鞋楦统口处的金属套管内，夹紧被测鞋楦；

调整鞋楦夹具及鞋楦夹具固定座使被测鞋楦的中心与内环框架的中心重合；

步骤三、粘贴标志点：

在被测鞋楦和/或标定筒的侧壁粘贴标志点；

由于贴标志点有一定的技巧，所以单独在标定筒上贴标志点可以只操作一次，可降低操作人员的工作量，提高测量的效率；

步骤四、待测鞋楦轴向旋转：

控制箱驱动内环蜗轮蜗杆传动机构使待测鞋楦旋转度，M为大于1的正整数；

步骤五、待测鞋楦轴向旋转后的三维数据测量：

控制箱通过RS232接口给PC机发送测量信号，PC机控制DLP投影仪和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，得到三维数据；

步骤六、待测鞋楦摆动N°：

控制箱驱动外环蜗轮蜗杆传动机构，使内环框架摆动N°；0＜N＜90；

步骤七、待测鞋楦摆动到N°的三维数据测量：

控制箱通过RS232接口给PC机发送测量信号，PC机控制DLP投影仪和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，得到三维数据；

步骤八、三维数据配准：

通过标志点对步骤五和步骤七得到的三维数据进行自动配准；

由于鞋楦旋转和摆动后的位置，通过工业相机能看到公共的标志点，通过标志点自动拼接技术，实现以上两个位置的鞋楦三维数据的配准，配准成一组鞋楦三维数据；

重复步骤四至步骤八，直至待测鞋楦旋转一圈，得到完整的待测鞋楦的三维数据。

本发明将面结构光三维扫描技术与二轴转台相结合，实现了全自动完整鞋楦三维数据的测量，所带来的有益效果有：

(1)通过面结构光三维测量结合自主设计的二轴转台，可全方位、无死角的获取完整的鞋楦三维数据。

(2)虽然面结构光测量方式每次只能获取一个角度的鞋楦三维信息，但通过在标记筒上贴上标记点(只需贴一次)，然后结合二轴转台的旋转，即可以实现鞋楦三维数据的全自动扫描，整个扫描过程无需人工干预。

(3)采用面结构光三维测量方式，保证测量的鞋楦三维数据具有高的分辨率和精度，完全满足工业测量领域对数据精度和分辨率的要求。

(4)测量时间较快，可以在1-2分钟内获取符合后续CAD软件设计要求的三维鞋楦数据，大大降低了数据测量的时间，提高了楦厂的工作效率。

本发明适用于测量鞋楦三维数据。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置的结构示意图；

图2是具体实施方式二中的鞋楦夹具的结构示意图；

图3是图2的轴向剖视图；

图4是具体实施方式三中的鞋楦夹具固定座的结构示意图；

图5是具体实施方式四中的六棱柱形标定筒的结构示意图；

图6是具体实施方式四中的带侧翼的六棱柱形标定筒的结构示意图；

图7是具体实施方式四中的圆柱形标定筒的结构示意图；

图8是具体实施方式四中的带侧翼的圆柱形标定筒的结构示意图；

图9是具体实施方式五中的控制箱的原理结构示意图；

图10是具体实施方式六中的面结构三维测量***的标定的示意图；

图11是具体实施方式六中的测量装置配合六棱柱形标定筒初始状态的示意图；

图12是具体实施方式六中的测量装置配合六棱柱形标定筒内环框架摆动N°状态示意图；

图13是具体实施方式六中的测量装置配合六棱柱形标定筒待测鞋楦旋转度状态示意图；

图14是具体实施方式六中的测量装置配合六棱柱形标定筒内环框架摆回到初始位置状态示意图；

图15是具体实施方式六中的测量装置配合带侧翼六棱柱形标定筒初始状态示意图；

图16是具体实施方式六中的测量装置配合带侧翼六棱柱形标定筒内环框架摆动N°状态示意图；

图17是具体实施方式六中的测量装置配合带侧翼六棱柱形标定筒待测鞋楦旋转度状态示意图；

图18是具体实施方式六中的测量装置配合带侧翼六棱柱形标定筒内环框架摆回到初始位置状态示意图；

图19是具体实施方式六中的测量装置配合圆柱形标定筒初始状态示意图；

图20是具体实施方式六中的测量装置配合圆柱形标定筒内环框架摆动N°状态示意图；

图21是具体实施方式六中的测量装置配合圆柱形标定筒待测鞋楦旋转度状态示意图；

图22是具体实施方式六中的测量装置配合圆柱形标定筒内环框架摆回到初始位置状态示意图；

图23是具体实施方式六中的测量装置配合带侧翼圆柱形标定筒初始状态示意图；

图24是具体实施方式六中的测量装置配合带侧翼圆柱形标定筒内环框架摆动N°状态示意图；

图25是具体实施方式六中的测量装置配合带侧翼圆柱形标定筒待测鞋楦旋转度状态示意图；

图26是具体实施方式六中的测量装置配合带侧翼圆柱形标定筒内环框架摆回到初始位置状态示意图；

图27具体实施方式一所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置的立体示意图；

图28为由本发明得到的待测鞋楦的三维数据图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，包括DLP投影仪1、第一工业相机21、第二工业相机22、鞋楦夹具4、鞋楦夹具固定座5、标定筒6、内环旋转限位开关7、内环蜗轮蜗杆传动机构8、内环摆动限位开关9、外环蜗轮蜗杆传动机构10、PC机11、控制箱12、轴承13、外环框架14和内环框架15；

DLP投影仪1用于投射光栅图像，两个工业相机均用于采集光栅图像；

鞋楦夹具4用于夹紧被测鞋楦3，鞋楦夹具4通过鞋楦夹具固定座5与标定筒6顶端紧固连接，标定筒6的底端与内环蜗轮蜗杆传动机构8的转轴固定连接，内环旋转限位开关7用于对标定筒6的旋转进行限位；

鞋楦夹具4、鞋楦夹具固定座5、标定筒6和内环旋转限位开关7均位于内环框架15内；

外环蜗轮蜗杆传动机构10的底座与外环框架14一侧的侧板固定连接，外环蜗轮蜗杆传动机构10的转轴与内环框架15一侧的侧板固定连接，内环摆动限位开关9设置在外环框架14一侧的侧板上，用于对内环框架15的摆动进行限位；外环框架14另一侧的侧板和内环框架15另一侧的侧板通过轴承13连接，使内环框架15实现摆动；

控制箱12与内环旋转限位开关7和内环摆动限位开关9电气连接，控制箱12用于控制内环蜗轮蜗杆传动机构8和外环蜗轮蜗杆传动机构10的转动；控制箱12通过RS232接口与PC机11通信，PC机11通过HDMI接口与DLP投影仪1相连，PC机11通过USB口与工业相机相连。

本实施方式的装置为二轴转台式结构，DLP投影仪向被测鞋楦投射一组光强呈正弦分布的光栅图像，该光栅图像会被鞋楦表面调制而发生变形，变形的光栅图像中包含鞋楦表面的三维信息；DLP投影仪左右各有一个工业相机，三者固定在一个平面上，DLP投影仪位于中心，工业相机21和工业相机22分别位于左右两侧，且与DLP投影仪1形成一定的角度，两个工业相机同步采集DLP投影仪投射到鞋楦表面发生变形的光栅图像，用于鞋楦表面三维信息的解算；鞋楦夹具用于夹紧鞋楦，使得鞋楦在二轴转台旋转的过程中不会产生松动或相对转台的位移；内环旋转限位开关7位于内环框架的底板上，标定筒6的外壁设有一根金属柱，通过金属柱来实现对标定筒6旋转的限位，标定筒6的底端与内环蜗轮蜗杆传动机构8的转轴固定连接，标定筒6通过螺钉固定在内环框架15的底座上，内环蜗轮蜗杆传动机构提供鞋楦在内环的旋转动力；内环摆动限位开关9设置在外环框架14一侧的侧板上部，内环框架15侧板上部设有一根金属柱，通过该金属柱来实现对内环框架15摆动的限位；外环蜗轮蜗杆传动机构提供鞋楦在外环的旋转动力；PC机用于鞋楦三维数据测量的控制、数据处理，采用PC机(计算机)进行数据处理属于现有技术；控制箱12与内环蜗轮蜗杆传动机构8和外环蜗轮蜗杆传动机构10的蜗轮蜗杆电机连接；控制箱12与PC机的鞋楦CAD扫描设计软件通信；外环框架用于支撑整个二轴转台。

具体实施方式二：结合图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置作进一步说明，本实施方式中，所述鞋楦夹具4包括套筒41、内部光杆42和紧固螺母43；

套筒41的外壁设有螺纹，套筒41紧密套在内部光杆42外，

套筒41的一端为锥状筒，且端面为锥的底面，锥状筒上设有条形缝隙，内部光杆42的一端为与锥状筒相匹配的锥状，内部光杆42的另一端设有外螺纹，紧固螺母43与内部光杆42螺纹连接。

当旋转紧固螺母43时，如图2所示，内部光杆42向右移动并使带螺纹的套筒41的左端半径变大，进而通过摩擦力来实现对鞋楦3的夹紧功能。条形缝隙的方向优选为沿锥形母线的方向，也可以与母线方向有一定夹角。

具体实施方式三：结合图4具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置作进一步说明，本实施方式中，所述鞋楦夹具固定座5包括矩形槽51、螺纹孔52和固紧螺钉53；

鞋楦夹具固定座5的一端设有矩形槽51，套筒41通过螺纹孔52与鞋楦夹具固定座5螺纹连接，鞋楦夹具固定座5的另一端设有与螺纹孔52相通的槽，固紧螺钉53穿过该槽，用于紧固套筒41。

螺钉穿过矩形槽51与标定筒6上部的4个螺纹孔连接，并通过其矩形槽结构使得其可在标定筒水平方向的距离进行调节，使被测鞋楦3水平方向的中心与内环框架15的水平方向的中心重合。通过旋转套筒41调节鞋楦夹具4在垂直方向的距离，使得被测鞋楦3垂直方向的中心与内环框架15垂直方向的中心重合，然后通过固紧螺钉53进行固定，这样鞋楦在内环框架15旋转的过程中其中心用于位于DLP投影仪1、工业相机21和工业相机22的视场范围内。

具体实施方式四：结合图5至图8具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置作进一步说明，本实施方式中，所述标定筒包括柱形主体和底座；

柱形主体的顶端设有螺纹孔，底端固定有底座，底座上设有底座固定孔，通过底座固定孔与内环蜗轮蜗杆传动机构的转轴固定连接；柱形主体的侧面用于粘贴标志点17。

标志点用于鞋楦三维数据的配准。

本实施方式中，所述柱形主体为六棱柱形或圆柱形。

本实施方式中，所述柱形主体还包括侧翼，侧翼用于粘贴标志点，侧翼与柱形主体侧面所夹锐角的角度大于30°且小于60°。

图5为六棱柱形标定筒的结构示意图，611为六棱柱主体、612为螺纹孔、613为底座、614为底座固定孔，通过螺纹孔612与鞋楦夹具固定座5连接；

图6为带侧翼的六棱柱形标定筒的结构示意图，621为六棱柱主体、622为螺纹孔、623为底座、624为底座固定孔，图5相比在六棱柱侧面多了一个侧翼625，其优点在于六棱柱主体和侧翼625可同时贴标志点，提高了鞋楦三维数据配准的精度；

图7为圆柱形标定筒的结构示意图，631为六棱柱主体、632为螺纹孔、633为底座、634为底座固定孔，通过螺纹孔632与鞋楦夹具固定座5连接；

图8为带侧翼的圆柱形标定筒的结构示意图，641为六棱柱主体、642为螺纹孔、643为底座、644为底座固定孔，与图7相比在圆柱侧面多了一个侧翼645，其优点在于圆柱主体641和侧翼645可同时贴标志点，提高了鞋楦三维数据配准的精度。

具体实施方式五：结合图9具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置作进一步说明，本实施方式中，控制箱12包括主控板121、摆动限位开关电路122、摆动电机驱动电路123、RS232串口电路124、旋转电机驱动电路125和旋转限位开关电路126；

主控板121通过摆动限位开关电路122与内环摆动限位开关9相连，通过摆动电机驱动电路123与外环蜗轮蜗杆传动机构10相连，通过RS232串口电路124与PC机11相连，用于数据和控制信号的传输，通过旋转电机驱动电路125与内环蜗轮蜗杆传动机构8相连，用于控制标定筒6的旋转，通过旋转限位开关电路126与内环旋转限位开关7相连。

具体实施方式六：结合图10至图28具体说明本实施方式，本实施方式是基于具体实施方式一所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置的测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、面结构三维测量***的标定：

DLP投影仪1向标定板投射正弦光栅，工业相机拍摄带有正弦光栅的标定板图像，通过标定算法实现测量***的标定；

面结构光三维测量***包括DLP投影仪和工业相机，面结构光三维测量***可以由一个DLP投影仪和一个工业相机组成，也可以由一个DLP投影仪和两个工业相机组成(两个工业相机分别位于DLP投影仪的左右两侧)，工业相机与DLP投影仪呈一定的角度。

步骤二、被测鞋楦的装夹：

鞋楦夹具4***被测鞋楦3统口处的金属套管内，夹紧被测鞋楦3；

调整鞋楦夹具4及鞋楦夹具固定座5使被测鞋楦3的中心与内环框架15的中心重合；

步骤三、粘贴标志点：

在被测鞋楦3和/或标定筒6的侧壁粘贴标志点17；

由于贴标志点有一定的技巧，所以单独在标定筒上贴标志点可以只操作一次，可降低操作人员的工作量，提高测量的效率；

步骤四、装置归位：

通过内环旋转限位开关7和内环摆动限位开关9分别检测标定筒6和内环框架15否在初始位置，如果不在初始位置，则分别通过内环蜗轮蜗杆传动机构8和外环蜗轮蜗杆传动机构10使标定筒6和内环框架15返回初始位置；

内环旋转限位开关7和内环摆动限位开关9采用光电开关实现；标定筒6的外壁设有一根金属柱，通过金属柱来实现对标定筒6旋转的限位，标定筒6返回初始位置时该金属柱遮挡住光束，光电开关检测不到光束，而标定筒6不在初始位置时光电开关能够检测到光束。内环框架15侧板上部设有一根金属柱，内环框架15返回初始位置时该金属柱遮挡住光束，光电开关检测不到光束，而内环框架15不在初始位置时光电开关能够检测到光束。

步骤五、待测鞋楦的三维数据测量：

控制箱12通过RS232接口给PC机11发送测量信号，PC机11控制DLP投影仪1和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量；

步骤六、待测鞋楦摆动N°：

控制箱12驱动外环蜗轮蜗杆传动机构10，使内环框架15摆动N°；

步骤七、待测鞋楦摆动到N°的三维数据测量：

控制箱12通过RS232接口给PC机11发送测量信号，PC机11控制DLP投影仪1和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，通过标志点17与上次测量的三维数据进行自动配准；

步骤八、待测鞋楦轴向旋转：

控制箱12驱动内环蜗轮蜗杆传动机构8使待测鞋楦旋转度，M为大于1的正整数；

步骤九、待测鞋楦轴向旋转后的三维数据测量：

控制箱12通过RS232接口给PC机11发送测量信号，PC机11控制DLP投影仪1和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，通过标志点17与上次测量的三维数据进行自动配准；

步骤十、待测鞋楦摆动方向上归位：

控制箱12驱动外环蜗轮蜗杆传动机构10，使内环框架15摆回到初始位置；

重复步骤五至步骤十，直至待测鞋楦旋转一圈，得到完整的待测鞋楦的三维数据。

下面结合图10对步骤一的面结构三维测量***的标定进行进一步说明，整个标定过程需要采集标定板16在不同位置的12张图片，首先通过控制箱12驱动外环蜗轮蜗杆传动机构10，使内环框架15带动标定板16摆动距初始位置20度，然后依次将标定板16顺时针旋转90度，在每次旋转90度后，通过DLP投影仪1向标定板16投射正弦光栅，工业相机21和工业相机22拍摄带有正弦光栅的标定板图像共4张，其次通过控制箱12驱动外环蜗轮蜗杆传动机构10，使内环框架15带动标定板16摆动距初始位置30度，重复上述流程获得标定板图像4张，最后通过控制箱12驱动外环蜗轮蜗杆传动机构10，使内环框架15带动标定板16摆动距初始位置40度，重复上述流程获得标定板图像4张，共获得12张图片，通过标定算法对DLP投影仪1、工业相机21和工业相机22进行标定。

下面结合图11、图12、图13和图14对步骤五到十进行进一步说明，其中标定筒6为六棱柱形标定筒，如图5所示，图11为测量装置配合六棱柱形标定筒初始状态的示意图，在该位置进行步骤五，执行步骤六之后的状态为图12，图12测量装置配合六棱柱形标定筒内环框架15摆动N°状态示意图，在该位置进行步骤七，执行步骤八之后的状态为图13，图13测量装置配合六棱柱形标定筒待测鞋楦旋转度状态示意图，在该位置进行步骤九，执行步骤十之后的状态为图14，图13为测量装置配合六棱柱形标定筒内环框架15摆回到初始位置状态示意图。

下面结合图15、图16、图17和图18对步骤五到十进行进一步说明，其中标定筒6为带侧翼六棱柱形标定筒，如图6所示，图15为测量装置配合带侧翼六棱柱形标定筒初始状态示意图，在该位置进行步骤五，执行步骤六之后的状态为图16，图16为测量装置配合带侧翼六棱柱形标定筒内环框架15摆动N°状态示意图，在该位置进行步骤七，执行步骤八之后的状态为图17，图17为测量装置配合带侧翼六棱柱形标定筒待测鞋楦旋转度状态示意图，在该位置进行步骤九，执行步骤十之后的状态为图18，图18为测量装置配合带侧翼六棱柱形标定筒内环框架摆回到初始位置状态示意图。

下面结合图19、图20、图21和图22对步骤五到十进行进一步说明，其中标定筒6为圆柱形标定筒，如图7所示，图19为测量装置配合圆柱形标定筒初始状态示意图，在该位置进行步骤五，执行步骤六之后的状态为图20，图20为测量装置配合圆柱形标定筒内环框架15摆动N°状态示意图，在该位置进行步骤七，执行步骤八之后的状态为图21，图21为测量装置配合圆柱形标定筒待测鞋楦旋转度状态示意图，在该位置进行步骤九，执行步骤十之后的状态为图22，图22为测量装置配合圆柱形标定筒内环框架15摆回到初始位置状态示意图。

下面结合图23、图24、图25和图26对步骤五到十进行进一步说明，其中标定筒6为带侧翼圆柱形标定筒，如图8所示，图23为测量装置配合带侧翼圆柱形标定筒初始状态示意图，在该位置进行步骤五，执行步骤六之后的状态为图24，图24测量装置配合带侧翼圆柱形标定筒内环框架15摆动N°状态示意图，在该位置进行步骤七，执行步骤八之后的状态为图25，图25为测量装置配合带侧翼圆柱形标定筒待测鞋楦旋转度状态示意图，在该位置进行步骤九，执行步骤十之后的状态为图26，图26为二测量装置配合带侧翼圆柱形标定筒内环框架15摆回到初始位置状态示意图。

图11至图26上的鞋楦3和标定筒61、标定筒62、标定筒63、标定筒64上的标志点17可以单独贴在鞋楦3上，可以单独贴在标定筒61、标定筒62、标定筒63、标定筒64上，也可以同时贴在鞋楦和标定筒上。标志点17的形状不仅限于圆形，还可以是其它形状，标志点17可以用不干胶贴在鞋楦和标定筒上，也可以喷涂在鞋楦和标定筒上。

通过本实施方式的鞋楦三维数据测量方法可以全自动、快速测鞋楦三维数据，测量的三维数据完整、精度和分辨率高。图27为全自动完整鞋楦三维数据测量装置的立体示意图，图28为由发明测量得到的鞋楦的三维数据图。

具体实施方式七：本实施方式是基于具体实施方式一所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置的测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、面结构三维测量***的标定：

DLP投影仪1向标定板投射正弦光栅，工业相机拍摄带有正弦光栅的标定板图像，通过标定算法实现测量***的标定；

面结构光三维测量***可以由一个DLP投影仪和一个工业相机组成，也可以由一个DLP投影仪和两个工业相机组成(两个工业相机分别位于DLP投影仪的左右两侧)，工业相机与DLP投影仪呈一定的角度。

步骤二、被测鞋楦的装夹：

鞋楦夹具4***被测鞋楦3统口处的金属套管内，夹紧被测鞋楦3；

调整鞋楦夹具4及鞋楦夹具固定座5使被测鞋楦3的中心与内环框架15的中心重合；

步骤三、粘贴标志点：

在被测鞋楦3和/或标定筒6的侧壁粘贴标志点17；

由于贴标志点有一定的技巧，所以单独在标定筒上贴标志点可以只操作一次，可降低操作人员的工作量，提高测量的效率；

步骤四、装置归位：

通过内环旋转限位开关7和内环摆动限位开关9分别检测标定筒6和内环框架15否在初始位置，如果不在初始位置，则分别通过内环蜗轮蜗杆传动机构8和外环蜗轮蜗杆传动机构10使标定筒6和内环框架15返回初始位置；

内环旋转限位开关7和内环摆动限位开关9采用光电开关实现；

标定筒6的外壁设有一根金属柱，通过金属柱来实现对标定筒6旋转的限位，标定筒6返回初始位置时该金属柱遮挡住光束，光电开关检测不到光束，而标定筒6不在初始位置时光电开关能够检测到光束。内环框架15侧板上部设有一根金属柱，内环框架15返回初始位置时该金属柱遮挡住光束，光电开关检测不到光束，而内环框架15不在初始位置时光电开关能够检测到光束；

步骤五、待测鞋楦轴向旋转：

控制箱12驱动内环蜗轮蜗杆传动机构8使待测鞋楦旋转度，M为大于1的正整数；

步骤六、待测鞋楦轴向旋转后的三维数据测量：

控制箱12通过RS232接口给PC机11发送测量信号，PC机11控制DLP投影仪1和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，得到三维数据；

步骤七、待测鞋楦摆动N°：

控制箱12驱动外环蜗轮蜗杆传动机构10，使内环框架15摆动N°；

步骤八、待测鞋楦摆动到N°的三维数据测量：

控制箱12通过RS232接口给PC机11发送测量信号，PC机11控制DLP投影仪1和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，得到三维数据；

步骤九、三维数据配准：

通过标志点对步骤六和步骤八得到的三维数据进行自动配准；

由于鞋楦旋转和摆动后的位置，通过工业相机能看到公共的标志点，通过标志点自动拼接技术，实现以上两个位置的鞋楦三维数据的配准，配准成一组鞋楦三维数据；

重复步骤五至步骤九，直至待测鞋楦旋转一圈，得到完整的待测鞋楦的三维数据。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (9)

1.全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，包括DLP投影仪(1)、工业相机、鞋楦夹具(4)、鞋楦夹具固定座(5)、标定筒(6)、内环旋转限位开关(7)、内环蜗轮蜗杆传动机构(8)、内环摆动限位开关(9)、外环蜗轮蜗杆传动机构(10)、PC机(11)、控制箱(12)、轴承(13)、外环框架(14)和内环框架(15)；

DLP投影仪(1)用于投射光栅图像，工业相机用于采集光栅图像；

鞋楦夹具(4)用于夹紧被测鞋楦(3)，鞋楦夹具(4)通过鞋楦夹具固定座(5)与标定筒(6)顶端紧固连接，标定筒(6)的底端与内环蜗轮蜗杆传动机构(8)的转轴固定连接，内环旋转限位开关(7)用于对标定筒(6)的旋转进行限位；

鞋楦夹具(4)、鞋楦夹具固定座(5)、标定筒(6)和内环旋转限位开关(7)均位于内环框架(15)内；

外环蜗轮蜗杆传动机构(10)的底座与外环框架(14)一侧的侧板固定连接，外环蜗轮蜗杆传动机构(10)的转轴与内环框架(15)一侧的侧板固定连接，内环摆动限位开关(9)设置在外环框架(14)一侧的侧板上，用于对内环框架(15)的摆动进行限位；外环框架(14)另一侧的侧板和内环框架(15)另一侧的侧板通过轴承(13)连接，使内环框架(15)实现摆动；

控制箱(12)与内环旋转限位开关(7)和内环摆动限位开关(9)电气连接，控制箱(12)用于控制内环蜗轮蜗杆传动机构(8)和外环蜗轮蜗杆传动机构(10)的转动；控制箱(12)通过RS232接口与PC机(11)通信，PC机(11)通过HDMI接口与DLP投影仪(1)相连，PC机(11)通过USB口与工业相机相连。

2.根据权利要求1所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述鞋楦夹具(4)包括套筒(41)、内部光杆(42)和紧固螺母(43)；

套筒(41)的外壁设有螺纹，套筒(41)紧密套在内部光杆(42)外，

套筒(41)的一端为锥状筒，且端面为锥的底面，锥状筒上设有条形缝隙，内部光杆(42)的一端为与锥状筒相匹配的锥状，内部光杆(42)的另一端设有外螺纹，紧固螺母(43)与内部光杆(42)螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述鞋楦夹具固定座(5)包括矩形槽(51)、螺纹孔(52)和固紧螺钉(53)；

鞋楦夹具固定座(5)的一端设有矩形槽(51)，套筒(41)通过螺纹孔(52)与鞋楦夹具固定座(5)螺纹连接，鞋楦夹具固定座(5)的另一端设有与螺纹孔(52)相通的槽，固紧螺钉(53)穿过该槽，用于紧固套筒(41)。

4.根据权利要求1所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述标定筒(6)包括柱形主体和底座；

柱形主体的顶端设有螺纹孔，底端固定有底座，底座上设有底座固定孔，通过底座固定孔与内环蜗轮蜗杆传动机构的转轴固定连接；柱形主体的侧面用于粘贴标志点。

5.根据权利要求4所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述柱形主体为六棱柱形或圆柱形。

6.根据权利要求4所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述标定筒(6)还包括侧翼，侧翼用于粘贴标志点，侧翼与柱形主体侧面所夹锐角大于30°且小于60°。

7.根据权利要求1所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置，其特征在于，所述控制箱(12)包括主控板(121)、摆动限位开关电路(122)、摆动电机驱动电路(123)、RS232串口电路(124)、旋转电机驱动电路(125)和旋转限位开关电路(126)；

主控板(121)通过摆动限位开关电路(122)与内环摆动限位开关(9)相连，通过摆动电机驱动电路(123)与外环蜗轮蜗杆传动机构(10)相连，通过RS232串口电路(124)与PC机(11)相连，通过旋转电机驱动电路(125)与内环蜗轮蜗杆传动机构(8)相连，通过旋转限位开关电路(126)与内环旋转限位开关(7)相连。

8.基于上述任意一项权利要求所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、面结构三维测量***的标定：

DLP投影仪(1)向标定板投射正弦光栅，工业相机拍摄带有正弦光栅的标定板图像，通过标定算法实现测量***的标定；

步骤二、被测鞋楦的装夹：

鞋楦夹具(4)***被测鞋楦(3)统口处的金属套管内，夹紧被测鞋楦(3)；

调整鞋楦夹具(4)及鞋楦夹具固定座(5)使被测鞋楦(3)的中心与内环框架(15)的中心重合；

步骤三、粘贴标志点：

在被测鞋楦(3)和/或标定筒(6)的侧壁粘贴标志点(17)；

步骤四、待测鞋楦的三维数据测量：

控制箱(12)通过RS232接口给PC机(11)发送测量信号，PC机(11)控制DLP投影仪(1)和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，得到三维数据；

步骤五、待测鞋楦摆动N°：

控制箱(12)驱动外环蜗轮蜗杆传动机构(10)，使内环框架(15)摆动N°；0＜N＜90；

步骤六、待测鞋楦摆动到N°的三维数据测量：

控制箱(12)通过RS232接口给PC机(11)发送测量信号，PC机(11)控制DLP投影仪(1)和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，通过标志点与上次测量得到的三维数据进行自动配准；

步骤七、待测鞋楦轴向旋转：

控制箱(12)驱动内环蜗轮蜗杆传动机构(8)使待测鞋楦旋转度，M为大于1的正整数；

步骤八、待测鞋楦轴向旋转后的三维数据测量：

控制箱(12)通过RS232接口给PC机(11)发送测量信号，PC机(11)控制DLP投影仪(1)和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，通过标志点与上次测量的三维数据进行自动配准；

步骤九、待测鞋楦摆动方向上归位：

控制箱(12)驱动外环蜗轮蜗杆传动机构(10)，使内环框架(15)摆回N°；0＜N＜90；

重复步骤四至步骤九，直至待测鞋楦旋转一圈，得到完整的待测鞋楦的三维数据。

9.基于权利要求1至7中任意一项权利要求所述的全自动完整鞋楦三维数据测量装置的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、面结构三维测量***的标定：

DLP投影仪(1)向标定板投射正弦光栅，工业相机拍摄带有正弦光栅的标定板图像，通过标定算法实现测量***的标定；

步骤二、被测鞋楦的装夹：

鞋楦夹具(4)***被测鞋楦(3)统口处的金属套管内，夹紧被测鞋楦(3)；

调整鞋楦夹具(4)及鞋楦夹具固定座(5)使被测鞋楦(3)的中心与内环框架(15)的中心重合；

步骤三、粘贴标志点：

在被测鞋楦(3)和/或标定筒(6)的侧壁粘贴标志点(17)；

步骤四、待测鞋楦轴向旋转：

控制箱(12)驱动内环蜗轮蜗杆传动机构(8)使待测鞋楦旋转度，M为大于1的正整数；

步骤五、待测鞋楦轴向旋转后的三维数据测量：

控制箱(12)通过RS232接口给PC机(11)发送测量信号，PC机(11)控制DLP投影仪(1)和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，得到三维数据；

步骤六、待测鞋楦摆动N°：

控制箱(12)驱动外环蜗轮蜗杆传动机构(10)，使内环框架(15)摆动N°；

步骤七、待测鞋楦摆动到N°的三维数据测量：

控制箱(12)通过RS232接口给PC机(11)发送测量信号，PC机(11)控制DLP投影仪(1)和工业相机对当前位置的待测鞋楦的三维信息进行测量，得到三维数据；

步骤八、三维数据配准：

通过标志点对步骤五和步骤七得到的三维数据进行自动配准；

重复步骤四至步骤八，直至待测鞋楦旋转一圈，得到完整的待测鞋楦的三维数据。