CN2564987Y - 一种由微电脑控制的三维曲面检测装置 - Google Patents

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张天昌
周凯
叶斌
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Abstract

本实用新型为一种由微电脑控制的三维曲面检测装置，涉及三维曲面检测装置。本实用新型采用模拟光电检测矩阵的方法，由检测机构和检测电路两大部分组成；被测曲面与检测机构接触，检测机构即可反映出被测曲面的位移，经检测电路转换即可测量出被测曲面的三维数据。检测机构由检测单元和踩踏板、导向板、导光板组成；检测电路由光电转换电路、扫描电路、模数转换电路、CPU及通讯电路、上位机软件等组成。由于检测器件为反射式光电管，可以紧密排列成检测矩阵，因而检测分辨率高。工作采用扫描的方式，因而电路设计简单，工作可靠性高。检测机构结构简单、操作方便、造价低廉，因而容易推广，应用领域十分广泛。

Description

一种由微电脑控制的三维曲面检测装置
技术领域
本实用新型涉及三维曲面检测装置，具体地说，涉及一种由微电脑控制的采用模拟光电检测矩阵方法的三维曲面检测装置。
背景技术
目前，三维曲面的检测在本领域中大致有以下几种方法：
①激光扫描法
随着激光技术的不断发展与完善，激光扫描检测三维曲面的方法在许多领域都有应用。此方法检测精度高，但设备昂贵，成本较高，操作也极为复杂；因此，其发展受到很大限制。
②电容法
利用三维曲面对检测装置中检测电容的影响，达到检测三维的目的。这种方法成本较低，但精度也很低，很难实现实际应用。
③光栅法
将检测面排列成光栅矩阵，光栅矩阵记录下三维曲面的Z轴方向上的运动量后，即可还原成三维曲面的三维信息。但此种方法中，由于光栅本身具有一定体积，因而在一定的面积中无法大量排列，检测分辨率受到限制。光栅输出为数字量信号，要求检测***响应要高，因而对硬件电路要求高，机构传动复杂。此种方法检测精度有限，制作成本也偏高。
发明内容
本实用新型的目的就在于克服现有技术存在着的缺点和不足，而提供一种由微电脑控制的三维曲面检测装置；即采用模拟光电检测矩阵的方法，可较好地解决上述矛盾。
本实用新型的目的是这样实现的：由检测机构和检测电路两大部分组成。其工作原理是：被测曲面与检测机构接触，检测机构即可反映出被测曲面的位移，经检测电路转换即可测量出被测曲面的三维数据。本实用新型特别适用于人体表面如手部、足部等部位的测量，广泛应用于医疗、保健、服装等领域。
检测机构由检测单元(1024个)和踩踏板、导向板、导光板组成；每个检测单元由触头、导杆和弹簧组成，导杆底端有反光材料，用来反射来自红外发射管发射的红外光。触头与被测曲面接触，提供被测曲面的位移。
检测电路包括光电转换电路、扫描电路、模数转换电路、CPU及通讯电路、上位机软件等。光电转换电路由红外发射与接收对管组成，红外发射管将扫描电路的扫描电能转换成红外光能，红外光线遇检测机构的反射，又经红外接收管将光能转换成电能。由于反光面随检测位移的变化而变化，其反射光强度也随位移而变化。红外接收管产生的电能经模数转换电路将电压模拟量转换成数字量，最后传入CPU，CPU将光强数据转换成距离数据，通过通讯电路传入上位机软件，上位机软件将格式化的曲面数据在屏幕上显示出来，或打印出来，或转换成其它标准化的三维数据。
本实用新型具有以下优点和积极效果：
①由于本设计的检测器件为反射式光电管，可以紧密排列成检测矩阵，因而检测分辨率高。
②所有光电管全部安装在一块电路板上，工作采用扫描的方式，因而电路设计简单，工作可靠性高。
③配合光电管电路，检测机构结构简单、操作方便、造价低廉，因而容易推广，应用领域十分广泛。
附图说明
图1为本实用新型组成方框图；
图2a、图2b、图2c分别为本实用新型结构的主视图、俯视图、A放大图；
图3为检测电路原理图。其中：
1-检测机构，
1.1-螺钉；
1.2-垫脚；
1.3-支撑柱；
1.4-导光板，板厚约30mm，上面有与检测矩阵对应的圆孔(1024个)，孔径约9mm；
1.5-导向板，板厚约15mm，上面有与检测矩阵对应的圆孔(1024个)，孔径约7mm；
1.6-支撑套管；
1.7-踩踏板，板厚约12mm，上面有与检测矩阵对应的圆孔(1024个)，孔径约7mm；
1.8-螺钉；
1.9-弹簧；
1.10-导杆，直径约6mm；
1.11-触头，直径约6mm；
2-检测电路；
2.1-光电转换电路；
2.2-扫描电路；
2.3-模数转换电路；
2.4-CPU；
2.5-通讯电路；
2.6-上位机软件；
3-仪器箱，
3.1-箱体；
3.2-箱盖；
3.3-绞链。
具体实施方式
由图1可知，本实用新型由检测机构1和检测电路2组成；检测电路2由下列单元组成，其连接关系是：光电转换电路2.1与扫描电路2.2相连接；扫描电路2.2与模数转换电路2.3相连接；扫描电路2.2、模数转换电路2.3又分别与CPU2.4相连接；CPU2.4与通讯电路2.5相连接；通讯电路2.5与上位机软件2.6相连接。
由图2可知，检测机构1由检测单元(1024个)和踩踏板1.7、导向板1.5、导光板1.4组成；
在仪器箱3内，从上到下，通过支撑柱1.3、支撑套管1.6分别固定踩踏板1.7、导向板1.5和导光板1.4，该三板均与箱体3.1的底面平行，该三板上的圆孔的中心线一致。
每个检测单元由触头1.11、导杆1.10和弹簧1.9组成；触头1.11和导杆1.10相连为一根长杆，触头1.11穿过踩踏板1.7的圆孔，导杆1.10穿过弹簧1.9和导向板1.5的圆孔，从而保证触头1.11和导杆1.10作垂直向运动，并在运动结束后恢复初始状态；在导杆1.10的底端有反光材料，用来反射来自红外发射管发射的红外光。
检测电路2的电路板位于导光板1.4的正下方，其红外发射管、接收管与导杆1.10底端的位置上下一一对应。
本实用新型是这样工作的：
检测机构1与被测曲面接触，将被测曲面的起伏变化转化为检测机构1的位移；该位移在检测光电管矩阵中被转化为电信号。
具体地说：被测曲面与触头1.11接触，并向下运动；触头1.11随被测曲面上下起伏而运动，由于导杆1.10与触头1.11相连，使导杆1.10将运动继续向下传递，又由于导杆1.10的下部由弹簧1.9支撑，使触头1.11与被测曲面始终保持接触，从而保证了检测的准确性。为保证光电管矩阵的正常工作，光电管之间不能存在光干扰，导光板1.4就将各光电管的发射光和反射光完全隔离开，同时隔离环境光的干扰，使得导杆1.10底端反射的光强度与导杆1.10的位置相对应，达到准确测量其距离的目的。
每一只光电管均连接一条扫描线，CPU2.4的输出数据，经由扫描电路2.2将扫描电平寄存。待光电管电平稳定后由模数转换电路2.3输入，并转换为数字量。转换完成后，CPU2.4发出位移脉冲，扫描电路2.2转入下一只光电管。这样循环扫描直至将所有光电管全部扫描完毕。最后将扫描数据格式化后，经通讯电路2.5转换为RS-232通讯标准传入上位机软件2.6。

Claims (1)

1、一种由微电脑控制的三维曲面检测装置，包括检测机构(1)和检测电路(2)，其特征在于：
检测电路(2)由下列单元组成，其连接关系是：光电转换电路(2.1)与扫描电路(2.2)相连接；扫描电路(2.2)与模数转换电路(2.3)相连接；扫描电路(2.2)、模数转换电路(2.3)又分别与CPU(2.4)相连接；CPU(2.4)与通讯电路(2.5)相连接；通讯电路(2.5)与上位机软件(2.6)相连接；
检测机构(1)由检测单元和踩踏板(1.7)、导向板(1.5)、导光板(1.4)组成；在仪器箱(3)内，从上到下，通过支撑柱(1.3)、支撑套管(1.6)分别固定踩踏板(1.7)、导向板(1.5)和导光板(1.4)，该三板均与箱体(3.1)的底面平行，该三板上的圆孔的中心线一致；每个检测单元由触头(1.11)、导杆(1.10)和弹簧(1.9)组成；触头(1.11)和导杆(1.10)相连为一根长杆，触头(1.11)穿过踩踏板(1.7)的圆孔，导杆(1.10)穿过弹簧(1.9)和导向板(1.5)的圆孔；在导杆(1.10)的底端有反光材料；
检测电路(2)的电路板位于导光板(1.4)的正下方，其红外发射管、接收管与导杆(1.10)底端的位置上下一一对应。
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