一种自维护型的结构光三维测量设备

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，尤其是涉及一种自维护型的结构光三维测量设备。

背景技术

结构光三维测量技术不断发展并日渐成熟，结构光三维测量设备也逐渐商业化，结构光三维测量设备的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据，实现高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现，广泛应用于文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域。

结构光三维测量设备在使用时，其摄像机的镜面上易沾染灰尘污渍，从而对摄像机采集影像造成影响，因此需要时常进行擦拭维护，以保证三维测量的准确性，然而现有的结构光三维测量设备并不具备自动维护的功能，在使用时，往往需要人工进行维护，自动化程度低，不仅费时费力，影响测量工作进度，而且人工维护时，因设备结构复杂，易出现擦碰导致摄像机损坏的问题，造成较大经济损失。

为此，我们提出一种自维护型的结构光三维测量设备来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述自动化程度低、维护不便的问题，提供一种自动化程度高、便于维护的自维护型的结构光三维测量设备。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种自维护型的结构光三维测量设备，包括：

测量机构，其用于结构光三维测量，所述测量机构还包括载物台、支柱、固定支架和摄像机，其中，所述载物台水平固定设置，所述支柱的下端固定安装在载物台的上表面，上端与固定支架固定连接，三个所述摄像机均安装在固定支架上；

位移机构，其用于改变对摄像机的维护位置，所述位移机构包括位移电机、第一皮带轮、皮带、第二皮带轮、C形支架、固定板、丝杆、移动块和滑杆，其中，所述位移电机固定安装在载物台上，并且位移电机的输出轴与第一皮带轮同轴固定，用于驱动第一皮带轮转动，所述C形支架固定安装在载物台上，所述固定板有两块，并且分别固定连接在C形支架两端的上表面，所述丝杆与第二皮带轮同轴固定，并且转动连接在两块固定板之间，所述丝杆贯穿移动块并与移动块螺纹配合，所述第一皮带轮和第二皮带轮通过皮带传动连接，所述滑杆的两端分别与两块固定板固定连接，所述滑杆贯穿移动块并与移动块滑动连接，用于防止移动块转动；

转向机构，其用于改变对摄像机的维护方向，所述转向机构还包括转向电机、联轴器、抵板、蜗杆、蜗轮和L形转向板，其中，所述转向电机和抵板固定安装在移动块的上表面，所述转向电机的输出轴通过联轴器与蜗杆同轴固定，所述蜗杆的转动连接在移动块的侧壁上，所述蜗轮上固定连接在L形转向板的上表面，所述L形转向板转动连接在移动块上，所述蜗杆与蜗轮啮合连接；

伸缩机构，所述伸缩机构还包括气缸、伸缩板、安装板、限位杆和弹簧，其中，所述气缸固定安装在L形转向板的上表面，所述气缸的伸缩端贯穿L形转向板的侧壁并与伸缩板的侧壁固定连接，四根所述限位杆的一端固定连接在安装板靠近伸缩板一侧的侧壁上，另一端贯穿伸缩板并与伸缩板滑动连接，所述弹簧套设在限位杆外，并且弹簧的两端分别抵压在伸缩板和安装板的侧壁上；

维护机构，其用于对摄像机的镜面进行维护，维护机构还包括负压泵、蓄水箱、连通管、控制阀、固定管、转动管、支管、喷头、刷板和海绵块，其中，所述负压泵和蓄水箱均固定安装在安装板的侧壁上，所述负压泵的进水端通过连通管与蓄水箱固定连通，所述负压泵的出水端与固定管连通，所述控制阀（504）安装在固定管（505）上，所述固定管贯穿安装板并与转动管转动连通，所述转动管远离安装板的一端与刷板的中部固定连接，多根所述支管固定安装在刷板的侧壁上，并且均与转动管固定连通，所述喷头安装在支管的另一端，所述蓄水箱内盛装有清洗液，所述刷板的侧壁上设有海绵块。

在上述的自维护型的结构光三维测量设备中，所述摄像机采用的型号为LJ-X8200，其X轴宽度为80mm。

在上述的自维护型的结构光三维测量设备中，其中两个所述摄像机呈倾斜设置，并且与另外一个摄像机的光轴相交与载物台上方的一点处，其中两个所述摄像机光轴的夹角大于20°。

在上述的自维护型的结构光三维测量设备中，所述第二皮带轮的直径为第一皮带轮直径的四倍。

在上述的自维护型的结构光三维测量设备中，所述丝杆上的螺纹为细牙螺纹，其螺纹升角小于螺旋副的当量摩擦角。

在上述的自维护型的结构光三维测量设备中，所述限位杆远离安装板的一端固定连接有限位块，所述限位块抵压在伸缩板的侧壁上。

在上述的自维护型的结构光三维测量设备中，所述支管为弯管，并且支管与喷头连接的一端与刷板的板面的夹角为30°。

在上述的自维护型的结构光三维测量设备中，所述支管有两组，两组所述支管分别安装在转动管两侧的侧壁上，并且两组支管以转动管的轴线为圆心呈中心对称设置。

与现有的技术相比，本自维护型的结构光三维测量设备的优点在于：

1、本发明通过设置位移机构，位移电机通过第一皮带轮、皮带和第二皮带轮可带动丝杆转动，在滑杆的限位作用下，移动块仅可沿滑杆水平移动，则丝杆转动带动与之螺纹配合的移动块水平滑动，测量机构在进行结构光三维测量工作时，位移电机可带动移动块移动至固定板处，避免对测量造成影响，在需要进行维护时，位移电机可带动移动块移动至各个摄像机处，对摄像机的镜面进行维护操作。

2、本发明通过设置转向机构，转向电机带动蜗杆转动，蜗杆带动与之啮合的蜗轮转动，继而可带动L形转向板转动，使得维护机构可与摄像机的镜面正对，无需手动调节，保证对摄像机镜面的清洁效果。

3、本发明通过设置伸缩机构，通过气缸可带动安装板向摄像机的镜面靠近，使得维护机构靠近并与摄像机的镜面紧贴，进一步保证对摄像机镜面的清洁效果。

4、本发明通过设置维护机构，负压泵工作时，蓄水箱内的清洗液依次通过连通管、固定管、转动管和支管，最终由喷头喷洒至摄像机的镜面上，对镜面上的灰尘污渍进行冲洗，清洗液由各个支管喷出时，为支管提供一个反向的作用力，带动刷板以转动管的轴线为圆心转动，继而通过海绵块同时对摄像机的镜面进行清洁，无需人工操作，自动化程度高，清洁维护效果好。

附图说明

图1是本发明提供的一种自维护型的结构光三维测量设备的测量机构和位移机构的结构示意图；

图2是本发明提供的一种自维护型的结构光三维测量设备的转向机构和伸缩机构的结构示意图；

图3是图2中A处放大图；

图4是本发明提供的一种自维护型的结构光三维测量设备的 L形转向板的立体图；

图5是本发明提供的一种自维护型的结构光三维测量设备的维护机构的结构示意图。

图中，1测量机构、101载物台、102支柱、103固定支架、104摄像机；

2位移机构、201位移电机、202第一皮带轮、203皮带、204第二皮带轮、205 C形支架、206固定板、207丝杆、208移动块、209滑杆；

3转向机构、301转向电机、302联轴器、303抵板、304蜗杆、305蜗轮、306 L形转向板；

4伸缩机构、401气缸、402伸缩板、403安装板、404限位杆、405弹簧、406限位块；

5维护机构、501负压泵、502蓄水箱、503连通管、504控制阀、505固定管、506转动管、507支管、508喷头、509刷板、510海绵块。

具体实施方式

以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。

实施例

如图1-5所示，一种自维护型的结构光三维测量设备，包括：测量机构1，其用于结构光三维测量；位移机构2，其用于改变对摄像机104的维护位置；转向机构3，其用于改变对摄像机104的维护方向；伸缩机构4，其用于保证对测量设备的维护效果；维护机构5，其用于对摄像机104的镜面进行维护。

具体的，测量机构1还包括载物台101、支柱102、固定支架103和摄像机104，其中，载物台101水平固定设置，支柱102的下端固定安装在载物台101的上表面，上端与固定支架103固定连接；

三个摄像机104均安装在固定支架103上，需要说明的是，摄像机104采用的型号为LJ-X8200，其X轴宽度为80mm，需要注意的是，其中两个摄像机104呈倾斜设置，并且与另外一个摄像机104的光轴相交与载物台101上方的一点处，其中两个摄像机104光轴的夹角大于120°。

具体的，位移机构2包括位移电机201、第一皮带轮202、皮带203、第二皮带轮204、C形支架205、固定板206、丝杆207、移动块208和滑杆209，其中，位移电机201固定安装在载物台101上，其型号为M5200，并且位移电机201的输出轴与第一皮带轮202同轴固定，用于驱动第一皮带轮202转动，C形支架205固定安装在载物台101上，固定板206有两块，并且分别固定连接在C形支架205两端的上表面；

丝杆207与第二皮带轮204同轴固定，并且转动连接在两块固定板206之间，丝杆207贯穿移动块208并与移动块208螺纹配合，值得一提的是，丝杆207上的螺纹为细牙螺纹，其螺纹升角小于螺旋副的当量摩擦角，确保移动块208在丝杆207上稳定移动，第一皮带轮202和第二皮带轮204通过皮带203传动连接，需要注意的是，第二皮带轮204的直径为第一皮带轮202直径的四倍，可以有效的降低丝杆207转速，达到系统的设计要求；

滑杆209的两端分别与两块固定板206固定连接，滑杆209贯穿移动块208并与移动块208滑动连接，用于防止移动块208转动。

工作时，位移电机201通过第一皮带轮202、皮带203和第二皮带轮204可带动丝杆207转动，在滑杆209的限位作用下，移动块208仅可沿滑杆209水平移动，则丝杆207转动带动与之螺纹配合的移动块208水平滑动。

具体的，转向机构3还包括转向电机301、联轴器302、抵板303、蜗杆304、蜗轮305和L形转向板306，其中，转向电机301和抵板303固定安装在移动块208的上表面，转向电机301的输出轴通过联轴器302与蜗杆304同轴固定，蜗杆304的转动连接在移动块208的侧壁上，转向电机301的型号为57BLY55；

蜗轮305上固定连接在L形转向板306的上表面，L形转向板306转动连接在移动块208上，蜗杆304与蜗轮305啮合连接。

工作时，转向电机301带动蜗杆304转动，蜗杆304带动与之啮合的蜗轮305转动，继而可带动L形转向板306转动，使得维护机构5可与摄像机104的镜面正对，无需手动调节，保证对摄像机104镜面的清洁效果。

具体的，伸缩机构4还包括气缸401、伸缩板402、安装板403、限位杆404和弹簧405，其中，气缸401固定安装在L形转向板306的上表面，其型号为SC-32，气缸401的伸缩端贯穿L形转向板306的侧壁并与伸缩板402的侧壁固定连接；

四根限位杆404的一端固定连接在安装板403靠近伸缩板402一侧的侧壁上，另一端贯穿伸缩板402并与伸缩板402滑动连接，弹簧405套设在限位杆404外，并且弹簧405的两端分别抵压在伸缩板402和安装板403的侧壁上，需要注意的是，限位杆404远离安装板403的一端固定连接有限位块406，限位块406抵压在伸缩板402的侧壁上，防止限位杆404从伸缩板402内滑脱。

工作时，通过气缸401可带动安装板403向摄像机104的镜面靠近，使得维护机构5靠近并与摄像机104的镜面紧贴，进一步保证对摄像机104镜面的清洁效果。

具体的，维护机构5还包括负压泵501、蓄水箱502、连通管503、控制阀504、固定管505、转动管506、支管507、喷头508、刷板509和海绵块510，其中，负压泵501和蓄水箱502均固定安装在安装板403的侧壁上，负压泵501的进水端通过连通管503与蓄水箱502固定连通，负压泵501的出水端与固定管505连通，控制阀504安装在固定管505上；

固定管505贯穿安装板403并与转动管506转动连通，转动管506远离安装板403的一端与刷板509的中部固定连接，多根支管507固定安装在刷板509的侧壁上，并且均与转动管506固定连通，喷头508安装在支管507的另一端，蓄水箱502内盛装有清洗液，刷板509的侧壁上设有海绵块510，需要说明的是，支管507为弯管，并且支管507与喷头508连接的一端与刷板509的板面的夹角为30°，支管507有两组，两组支管507分别安装在转动管506两侧的侧壁上，并且两组支管507以转动管506的轴线为圆心呈中心对称设置。

工作时，启动负压泵501，蓄水箱502内的清洗液依次通过连通管503、固定管505、转动管506和支管507，最终由喷头508喷洒至摄像机104的镜面上，对镜面上的灰尘污渍进行冲洗，清洗液由各个支管507喷出时，为支管507提供一个反向的作用力，带动刷板509以转动管506的轴线为圆心转动，继而通过海绵块510同时对摄像机104的镜面进行清洁，无需人工操作，自动化程度高，清洁维护效果好。

本发明的工作原理如下：需要对摄像机104的镜面进行清洁维护时，启动位移电机201，带动第一皮带轮202转动，因第二皮带轮204的直径为第一皮带轮202直径的四倍，则第一皮带轮202通过皮带203带动第二皮带轮204以较慢速度转动，第二皮带轮204带动与之同轴固定的丝杆207转动，在滑杆209的限位作用下，移动块208沿着滑杆209轴线方向滑动，并依次移动至各个摄像机104处；

启动转动电机301，通过联轴器302带动蜗杆304转动，继而带动与之啮合的蜗轮305转动，蜗轮305带动L形转向板306转动，使得刷板509与摄像机104的镜面正对，启动气缸401，带动安装板403向摄像机104的镜面方向靠近，使得海绵块510压在摄像机104的镜面上，保证对摄像机104镜面的清洁维护效果；

启动负压泵501，将蓄水箱502中的清洗液抽出，清洗液依次通过连通管503、固定管505、转动管506和支管507，最终由喷头508喷洒至摄像机104的镜面上，对镜面上的灰尘污渍进行冲洗，清洗液由各个支管507喷出时，为支管507提供一个反向的作用力，带动刷板509以转动管506的轴线为圆心转动（转动方向如图5中箭头所示），继而通过海绵块510同时对摄像机104的镜面进行清洁，无需人工操作，自动化程度高，清洁维护效果好；

在对三个摄像头104依次进行清洁维护后，位移电机201反向转动，带动移动块208反向移动至固定板206的一侧后停止，避免对摄像机104的结构光三维测量工作造成影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。