[发明专利]一种基于五轴的3D测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种基于五轴的3D测量系统，其特征在于，包括工件台、五轴运动系统、图像采集装置及上位机；

所述工件台上表面设有安装台，用于安装五轴运动系统；所述工件台下方设有机柜，用于安放所述上位机；

所述五轴运动系统包括有直线运动轴及旋转运动轴，所述直线运动轴包括三个直线运动的X轴、Y轴及Z轴，所述X轴及所述Y轴的运动方向位于水平面内，所述X轴的运动方向垂直于所述Y轴的运动方向，所述Z轴的运动方向垂直于水平面，所述Z轴上设有功能支架；所述X轴、所述Y轴及和Z轴三个轴集成在一起，并固定在所述安装台上；

所述旋转运动轴包括两个旋转运动的R轴和W轴，所述R轴的运动方向为环绕所述Z轴的运动方向360度旋转，所述W轴的运动方向为环绕所述X轴的运动方向旋转；所述旋转运动轴单独布置，并设于在所述安装台上，其位于所述X轴的运动导轨之间，其上端面的水平位置低于所述Y轴下端面的水平高度；于所述R轴上设置有放置待测物件的放置台；

所述图像采集装置包括有结构光相机及信号处理模块，所述结构光相机位于所述功能支架上，并与所述信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端连接到所述上位机；所述结构光相机实时采集待测物件的图像信息并通过所述信号处理模块传输至所述上位机；

所述上位机内设有图像处理模块，所述图像处理模块用于对所述上位机接收到的图像信息进行预处理；

所述上位机与所述五轴运动系统之间设有运动控制卡及电机驱动器，所述上位机通过所述运动控制卡与所述电机控制器连接，所述电机控制器分别与所述直线运动轴及所述旋转运动轴中的电机连接。

2.根据权利要求1所述的基于五轴的3D测量系统，其特征在于，

所述信号处理模块包括有图像处理芯片，所述图像处理芯片用于将所述结构光相机拍摄的2D彩色图片转化为具备3D信息的彩色图片。

3.根据权利要求1所述的基于五轴的3D测量系统，其特征在于，

所述X轴包括左右立柱及X轴导轨，所述X轴导轨设于所述左右立柱上；

所述Y轴包括有龙门横梁及Y轴导轨，所述龙门横梁设于所述X轴导轨上并且沿着所述X轴导轨水平移动，所述Y轴导轨设于所述龙门横梁上；

所述Z轴包括有纵梁及Z轴导轨，所述纵梁通过支架设置在所述Y轴导轨上并沿着所述Y轴导轨水平移动，所述Z轴导轨设于所述纵梁上；

所述Z轴导轨上设有连接板，所述连接板用于安装所述结构光相机。

4.根据权利要求3所述的基于五轴的3D测量系统，其特征在于，

所述X轴导轨及所述Y轴导轨运动的传动方式均为齿轮齿条传动，所述Z轴导轨运动的传动方式为丝杆传动。

5.根据权利要求1所述的基于五轴的3D测量系统，其特征在于，

还包括设于所述安装台上的背光系统，且所述背光系统位于所述旋转运动轴的正下方，并为所述旋转运动轴的底部提供照明；

所述背光系统包括有LED光源、光线传感器及控制器，其中所述LED光源及所述光线传感器分别连接到所述控制器，所述控制器连接到所述上位机；

所述控制器接收光线传感器采集的实时环境亮度信号进行处理并传送至所述上位机，所述上位机通过控制器调节所述LED光源的亮度。

6.根据权利要求1所述的基于五轴的3D测量系统，其特征在于，

所述电机为伺服电机或者步进电机。

7.一种测量方法，用于权利要求1至6中的基于五轴的3D测量系统中，其特征在于，包括：

S1、将待测物件固定在放置台上；

S2、启动五轴运动系统，并进行零位校准；

S3、上位机根据待测物件创建采集方案；

S4、五轴运动系统将结构光相机及待测物件运动到指定位置，结构光相机采集待测物件的图像信息并将传输到上位机；

S5、上位机对图像进行预处理；

S6、上位机进行图像标定和拼接；

S7、多次创建采集方案，重复步骤S4至S6，直至获取完整的3D轮廓图；

S8、对3D轮廓图的尺寸及特征进行提取，测量或计算所需的值，判断是否在误差值范围内。