本發(fā)明涉及一種三維掃描系統(tǒng)，具體講涉及一種用于低壓電流互感器外觀檢測(cè)的三維掃描系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著互感器在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，利用三維測(cè)量技術(shù)測(cè)量互感器的外觀尺寸，已成為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室計(jì)量檢測(cè)智能化、自動(dòng)化、精確化不可或缺的手段?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展尤其是以數(shù)字制造為核心的先進(jìn)制造技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)精密測(cè)量技術(shù)提出了更高的要求。精密測(cè)量技術(shù)一方面要為先進(jìn)制造技術(shù)擔(dān)負(fù)起技術(shù)質(zhì)量保證的重任，另一方面要為產(chǎn)品生產(chǎn)效益的提高貢獻(xiàn)力量。

現(xiàn)有技術(shù)涉及的三維掃描系統(tǒng)均未能實(shí)現(xiàn)反光材料的高精度測(cè)量，以及藍(lán)白光的自由切換，未能集成流水線裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且沒(méi)有專門(mén)針對(duì)互感器進(jìn)行程序化三維掃描的測(cè)量裝置，對(duì)檢測(cè)互感器外觀及尺寸誤差存在一定的缺陷。因此，設(shè)計(jì)一種用于低壓電流互感器外觀檢測(cè)的三維掃描系統(tǒng)對(duì)提高低壓電流互感器外觀檢測(cè)的測(cè)量準(zhǔn)確度和檢測(cè)速度等方面具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于低壓電流互感器外觀檢測(cè)的三維掃描系統(tǒng)，該發(fā)明應(yīng)用于互感器的外觀檢查及尺寸掃描，可以滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 572—2010《計(jì)量用低壓電流互感器技術(shù)規(guī)范》的要求：能有效地解決人工操作測(cè)量低壓電流互感器外觀尺寸時(shí)，因環(huán)境條件的影響和人為誤差所引起的測(cè)量效率低，測(cè)量可靠性差，測(cè)量不確定性大等問(wèn)題。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種用于低壓電流互感器外觀檢測(cè)的三維掃描系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于：所述系統(tǒng)包括：

低壓電流互感器安裝模塊：用于安裝待測(cè)低壓電流互感器，并控制所述待測(cè)低壓電流互感器的平移和旋轉(zhuǎn)；

光柵發(fā)射模塊：用于向所述待測(cè)低壓電流互感器投射光柵；

圖像采集模塊：用于采集經(jīng)光柵處理后的待測(cè)低壓電流互感器圖像，并將采集到的圖像 信息發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊：解析圖像采集模塊發(fā)送的圖像信息，并將解析后的圖像信息與標(biāo)準(zhǔn)低壓電流互感器的三維圖像信息進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，得出待測(cè)低壓電流互感器的檢測(cè)誤差。

優(yōu)選的，所述低壓電流互感器安裝模塊包括：

運(yùn)動(dòng)控制箱：通過(guò)信號(hào)線分別連接電控平移臺(tái)和電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)，并控制電控平移臺(tái)的平移和電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)；

電控平移臺(tái)：安裝在直線導(dǎo)軌上，并在所述運(yùn)動(dòng)控制箱的控制下在所述直線導(dǎo)軌上做直線運(yùn)動(dòng)；

電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)：設(shè)置在所述電控平移臺(tái)上，隨所述電控平移臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在所述運(yùn)動(dòng)控制箱的控制下做三維旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

隔震平臺(tái)：固定在所述電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨所述電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，用于安裝待測(cè)低壓電流互感器，并對(duì)周?chē)h(huán)境和待測(cè)低壓電流互感器的震動(dòng)進(jìn)行屏蔽。

優(yōu)選的，所述光柵發(fā)射模塊先向所述待測(cè)低壓電流互感器投射一組光強(qiáng)呈正旋分布的光柵圖像；然后再向所述待測(cè)低壓電流互感器投射紅、綠、藍(lán)三張彩色圖像。

進(jìn)一步，所述光柵發(fā)射模塊由DLP投影儀組成；所述DLP投影儀與圖像采集模塊安裝在同一機(jī)盒內(nèi)；所述機(jī)盒置于待測(cè)低壓電流互感器前方，并與數(shù)據(jù)處理模塊相連；所述DLP投影儀在所述數(shù)據(jù)處理模塊的控制下能向所述待測(cè)低壓電流互感器投影光柵圖像和彩色圖像。

進(jìn)一步，所述光柵發(fā)射模塊向所述待測(cè)低壓電流互感器投射光柵圖像時(shí)，所述圖像采集模塊同步采集參考平面上經(jīng)所述待測(cè)低壓電流互感器調(diào)制而變形的光柵圖像，并利用所述光柵圖像通過(guò)相位計(jì)算和三維重建獲得所述待測(cè)低壓電流互感器表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再將所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊；

所述光柵發(fā)射模塊向所述待測(cè)低壓電流互感器投射紅、綠、藍(lán)三張彩色圖像時(shí)，所述圖像采集模塊同步采集參考平面上所述待測(cè)低壓電流互感器在紅、綠、藍(lán)三張彩色圖像照射下的圖像信息，并根據(jù)所述圖像信息合成所述待測(cè)低壓電流互感器的彩色紋理數(shù)據(jù)，再將所述彩色紋理數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。

優(yōu)選的，所述圖像采集模塊由雙目攝像機(jī)組成，所述雙目攝像機(jī)包括兩個(gè)分別設(shè)于光柵發(fā)射模塊兩側(cè)的攝像頭；兩個(gè)攝像頭采用硬件同步機(jī)制從不同的角度對(duì)待測(cè)低壓電流互感器進(jìn)行拍攝，以獲得所述待測(cè)低壓電流互感器的兩幅數(shù)字圖像信息，并將所述兩幅數(shù)字圖像信息通過(guò)信號(hào)線上傳給數(shù)據(jù)處理模塊，每幅數(shù)字圖像信息包括三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和彩色紋理數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述攝像頭前方加裝有可切換的濾光片，以根據(jù)待測(cè)低壓電流互感器的不同材 料特性實(shí)現(xiàn)藍(lán)白光源的自由切換：當(dāng)測(cè)量具有較強(qiáng)反光性材料的待測(cè)低壓電流互感器時(shí)，使用藍(lán)光測(cè)量，通過(guò)安裝濾光片只讓特定波長(zhǎng)的藍(lán)光通過(guò)，以降低環(huán)境光的干擾；當(dāng)測(cè)量具有其他材料特性的待測(cè)低壓電流互感器時(shí)，切除濾光片，使用白光測(cè)量。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)解析模塊和誤差計(jì)算模塊；所述數(shù)據(jù)解析模塊接收所述圖像處理模塊上傳的數(shù)字圖像信息，并對(duì)所述數(shù)字圖像信息進(jìn)行解析，以獲得待測(cè)低壓電流互感器的外觀尺寸；所述誤差計(jì)算模塊根據(jù)所述待測(cè)低壓電流互感器的外觀尺寸和存儲(chǔ)在所述誤差計(jì)算模塊內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)低壓電流互感器的外觀尺寸，計(jì)算所述待測(cè)低壓電流互感器的外觀尺寸誤差。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)處理模塊由計(jì)算機(jī)組成；所述計(jì)算機(jī)分別通過(guò)USB接口及信號(hào)線與DLP投影儀和雙目攝像機(jī)相連，用于控制DLP投影儀的圖像投影并處理由雙目攝像機(jī)拍攝到的數(shù)字圖像信息，以獲得待測(cè)低壓電流互感器的外觀尺寸數(shù)據(jù)和誤差。

進(jìn)一步，所述參考平面和DLP投影儀分別位于所述待測(cè)低壓電流互感器兩側(cè)；雙目攝像機(jī)和DLP投影儀的光學(xué)焦點(diǎn)連線與所述參考平面平行；所述雙目攝像機(jī)聚焦在所述參考平面上；所述雙目攝像機(jī)的拍攝面積等于所述DLP投影儀的投影面積。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著進(jìn)步：

1.本發(fā)明的一種用于低壓電流互感器外觀檢測(cè)的三維掃描系統(tǒng)，通過(guò)DLP投影儀向待測(cè)低壓電流互感器發(fā)射光柵，通過(guò)雙目攝像機(jī)采集待測(cè)低壓電流互感器的數(shù)字圖像信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)解析待測(cè)低壓電流互感器的數(shù)字圖像信息，可實(shí)現(xiàn)待測(cè)低壓電流互感器外觀尺寸及其誤差的全自動(dòng)精確測(cè)量，測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、可靠，測(cè)量速度更快，有效地解決了人工測(cè)量低壓電流互感器外觀尺寸時(shí)受環(huán)境條件的影響、以及人為誤差造成的可靠性差，測(cè)量不確定性大的問(wèn)題；

2.本發(fā)明的三維掃描系統(tǒng)采用低壓電流互感器安裝模塊安裝待測(cè)低壓電流互感器，使得待測(cè)低壓電流互感器在被掃描的過(guò)程中可任意翻轉(zhuǎn)和移動(dòng)，因此可基于多個(gè)視角對(duì)待測(cè)低壓電流互感器進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件進(jìn)行自動(dòng)拼接，可實(shí)現(xiàn)低壓電流互感器360°高精度測(cè)量。

3.本發(fā)明的三維掃描系統(tǒng)將低壓電流互感器安裝在可移動(dòng)的電控平移臺(tái)上，可直接實(shí)現(xiàn)集成流水線的運(yùn)作，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，拆卸方便，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求低，系統(tǒng)設(shè)計(jì)小巧，容易便攜，對(duì)于低壓電流互感器外觀檢查工程化應(yīng)用具有實(shí)際意義。

4.本發(fā)明的三維掃描系統(tǒng)在攝像頭的前方加裝了可切換的濾光片，可根據(jù)待測(cè)低壓電流互感器的不同材質(zhì)選擇不同光源進(jìn)行測(cè)量，可抑制環(huán)境光的干擾，提高采集數(shù)據(jù)的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的三維掃描系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為光柵發(fā)射模塊、圖像采集模塊、待測(cè)低壓電流互感器和參考平面的位置關(guān)系圖。

其中1-投射光柵；2-雙目攝像機(jī)的攝像頭；3-待測(cè)低壓電流互感器；4-參考平面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

為了徹底了解本發(fā)明實(shí)施例，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實(shí)施例的施行并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

本發(fā)明提供一種用于低壓電流互感器外觀檢測(cè)的三維掃描系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。所述系統(tǒng)包括：

低壓電流互感器安裝模塊：用于安裝待測(cè)低壓電流互感器，并控制所述待測(cè)低壓電流互感器的平移和旋轉(zhuǎn)；

光柵發(fā)射模塊：用于向所述待測(cè)低壓電流互感器投射光柵；投射的光柵與待測(cè)低壓電流互感器表面干涉后投影在參考平面上，便于圖像采集模塊采集；

圖像采集模塊：用于采集經(jīng)光柵處理后的待測(cè)低壓電流互感器圖像，并將采集到的圖像信息發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊：解析圖像采集模塊發(fā)送的圖像信息，并將解析后的圖像信息與標(biāo)準(zhǔn)低壓電流互感器的三維圖像信息進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，得出待測(cè)低壓電流互感器的檢測(cè)誤差。

所述低壓電流互感器安裝模塊包括：

運(yùn)動(dòng)控制箱：通過(guò)信號(hào)線分別連接電控平移臺(tái)和電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)，并控制電控平移臺(tái)的平移和電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)；

電控平移臺(tái)：安裝在直線導(dǎo)軌上，并在所述運(yùn)動(dòng)控制箱的控制下在所述直線導(dǎo)軌上做直線運(yùn)動(dòng)；

電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)：設(shè)置在所述電控平移臺(tái)上，隨所述電控平移臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在所述運(yùn)動(dòng)控制箱的控制下做三維旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

隔震平臺(tái)：固定在所述電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨所述電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，用于安裝待測(cè)低壓電流互感器，并對(duì)周?chē)h(huán)境和待測(cè)低壓電流互感器的震動(dòng)進(jìn)行屏蔽。

其中運(yùn)動(dòng)控制箱的主要控制器件為PLC控制器，通過(guò)PLC控制器控制待測(cè)低壓電流互感器的平移和旋轉(zhuǎn)，由數(shù)據(jù)處理模塊控制圖像采集模塊基于多個(gè)視角對(duì)待測(cè)低壓電流互感器進(jìn)行圖像采集，再由數(shù)據(jù)處理模塊的系統(tǒng)軟件進(jìn)行自動(dòng)拼接，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)低壓電流互感器的360°高精度測(cè)量。

采用電控平移臺(tái)可實(shí)現(xiàn)待測(cè)低壓電流互感器的集成流水線式外觀檢測(cè)，單個(gè)待測(cè)低壓電流互感器掃描完畢后，由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)解析；然后繼續(xù)掃描下一個(gè)待測(cè)低壓電流互感器，并向數(shù)據(jù)處理模塊重新載入新的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，以此實(shí)現(xiàn)待測(cè)低壓電流互感器外觀檢測(cè)的自動(dòng)化，大大提高了檢測(cè)效率和檢測(cè)精度。

所述光柵發(fā)射模塊先向所述待測(cè)低壓電流互感器投射一組光強(qiáng)呈正旋分布的光柵圖像；然后再向所述待測(cè)低壓電流互感器投射紅、綠、藍(lán)三張彩色圖像。

所述光柵發(fā)射模塊由DLP投影儀組成；所述DLP投影儀與圖像采集模塊安裝在同一機(jī)盒內(nèi)；所述機(jī)盒置于待測(cè)低壓電流互感器前方，并與數(shù)據(jù)處理模塊相連；所述DLP投影儀在所述數(shù)據(jù)處理模塊的控制下能向所述待測(cè)低壓電流互感器投影光柵圖像和彩色圖像。

所述光柵發(fā)射模塊向所述待測(cè)低壓電流互感器投射光柵圖像時(shí)，所述圖像采集模塊同步采集參考平面上經(jīng)所述待測(cè)低壓電流互感器調(diào)制而變形的光柵圖像，并利用所述光柵圖像通過(guò)相位計(jì)算和三維重建獲得所述待測(cè)低壓電流互感器表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再將所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊；

所述光柵發(fā)射模塊向所述待測(cè)低壓電流互感器投射紅、綠、藍(lán)三張彩色圖像時(shí)，所述圖像采集模塊同步采集參考平面上所述待測(cè)低壓電流互感器在紅、綠、藍(lán)三張彩色圖像照射下的圖像信息，并根據(jù)所述圖像信息合成所述待測(cè)低壓電流互感器的彩色紋理數(shù)據(jù)，再將所述彩色紋理數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。

由于三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和彩色紋理數(shù)據(jù)來(lái)自同一圖像采集模塊，因此數(shù)據(jù)處理模塊可以建立二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合不同角度拍攝的數(shù)字圖像信息，可以還原待測(cè)低壓電流互感器的3D外貌。

所述圖像采集模塊由雙目攝像機(jī)組成，所述雙目攝像機(jī)包括兩個(gè)分別設(shè)于光柵發(fā)射模塊兩側(cè)的攝像頭；兩個(gè)攝像頭采用硬件同步機(jī)制從不同的角度對(duì)待測(cè)低壓電流互感器進(jìn)行拍攝，以獲得所述待測(cè)低壓電流互感器的兩幅數(shù)字圖像信息，并將所述兩幅數(shù)字圖像信息通過(guò)信號(hào)線上傳給數(shù)據(jù)處理模塊；每幅數(shù)字圖像信息包括三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和彩色紋理數(shù)據(jù)。

所述攝像頭前方加裝有可切換的濾光片，以根據(jù)待測(cè)低壓電流互感器的不同材料特性實(shí)現(xiàn)藍(lán)白光源的自由切換：當(dāng)測(cè)量具有較強(qiáng)反光性材料的待測(cè)低壓電流互感器時(shí)，使用藍(lán)光測(cè) 量，通過(guò)安裝濾光片只讓特定波長(zhǎng)的藍(lán)光通過(guò)，以降低環(huán)境光的干擾；當(dāng)測(cè)量具有其他材料特性的待測(cè)低壓電流互感器時(shí)，切除濾光片，使用白光測(cè)量。

通過(guò)在攝像頭前方加裝可切換的濾光片，可根據(jù)待測(cè)低壓電流互感器的不同材料特性選擇不同的光源進(jìn)行測(cè)量，從而抑制環(huán)境光的干擾，提高采集數(shù)據(jù)的可靠性。

所述數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)解析模塊和誤差計(jì)算模塊；所述數(shù)據(jù)解析模塊接收所述圖像處理模塊上傳的數(shù)字圖像信息，并對(duì)所述數(shù)字圖像信息進(jìn)行解析，以獲得待測(cè)低壓電流互感器的外觀尺寸；所述誤差計(jì)算模塊根據(jù)所述待測(cè)低壓電流互感器的外觀尺寸和存儲(chǔ)在所述誤差計(jì)算模塊內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)低壓電流互感器的外觀尺寸，計(jì)算所述待測(cè)低壓電流互感器的外觀尺寸誤差。

所述數(shù)據(jù)處理模塊由計(jì)算機(jī)組成；所述計(jì)算機(jī)分別通過(guò)USB接口及信號(hào)線與DLP投影儀和雙目攝像機(jī)相連，用于控制DLP投影儀的圖像投影并處理由雙目攝像機(jī)拍攝到的數(shù)字圖像信息，以獲得待測(cè)低壓電流互感器的外觀尺寸數(shù)據(jù)和誤差。

如圖2所示：所述參考平面和DLP投影儀分別位于所述待測(cè)低壓電流互感器兩側(cè)；雙目攝像機(jī)和DLP投影儀的光學(xué)焦點(diǎn)連線與所述參考平面平行；所述雙目攝像機(jī)聚焦在所述參考平面上；所述雙目攝像機(jī)的拍攝面積等于所述DLP投影儀的投影面積，這樣可以充分利用投影光柵。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。