[发明专利]基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置及方法

说明书

本发明涉及三维扫描测量领域，尤其涉及基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置及方法，包括安装有刀柄的数控机床和设置于刀柄上的三维扫描装置，且所述三维扫描装置包括可调夹具和拍照式三维扫描仪；拍照式三维扫描仪包括测头，测头底部设置有定焦镜头；可调夹具包括主轴支架和延长调节支架；主轴支架设置于刀柄上，并与刀柄固定连接，延长调节支架的一端设置于主轴支架上，延长调节支架的另一端设置于测头上。相比于现有技术，本技术方案可以将拍照式三维扫描仪快速集成安装在通用的数控机床上，实现大型零件的原位测量，解决目前拍照式三维扫描仪人工操作的安全性问题和机械臂测量的低效率、测量范围受限等问题。

技术领域

本发明涉及三维扫描测量领域，尤其涉及基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置及方法。

背景技术

为了满足飞机更高性能的需求，目前在飞机制造领域，零件呈现出了大型整体化的趋势，曲面也越来越复杂。面对大型、复杂曲面，传统的接触式探头测量已经不能满足测量需求，主要原因在于：1)使用测点拟合待测复杂曲面，需要采集的点较多，测量效率低；2)使用测点对曲面进行检验，本质上是一个抽样的测量过程，且样本量占比小，测量结果的信息量小，对于局部的过切、残留和变形等缺陷的识别能力差，因此所测结果可靠性差。因此，在该领域逐步转向三维扫描的方法，快速获取零件表面的密集点云，以提高大型复杂曲面测量的效率和可靠性。拍照式三维扫描仪是一种提供面扫描式三维扫描的设备，相对于传统的激光线扫描设备而言，具备扫描速度更快、精度更高、景深更大的优势。虽然单幅采集的零件曲面范围有限，但是通过多个位姿下拍摄的多幅照片，以重合局部的纹理或者表面标记点为依据，可以单幅曲面的自动拼接，进而快速实现大型复杂曲面零件的整个表面信息的数字化采集，完成大型复杂曲面零件的检验。

目前的拍照式三维扫描仪的应用方法仅有两种。方法1)人工操作便携式扫描仪进行拍照扫描，其局限性在于：①大型零件的测量需要人工需要登高作业，存在安全风险，②人工拍照时缺乏定位，相机和零件曲面的相对位置难以保证，拍摄时可能产生曲面的漏采集或者重复采集，降低工作效率。方法2)安装在配套的机械臂等自动化平台上进行测量，其局限性在于：①机械臂测量空间小，难以完成大型零件整个曲面的测量；②零件测量时需要从加工机床上拆除，安放到扫描仪的平台上才能进行测量，如果需要后续的修正加工，则需要再次将零件装回加工机床，此过程中的多次安装、拆卸过程会降低零件制造检测环节的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种拍照式三维扫描仪的原位集成方法及装置，按照通用刀具的安装的方式，可以快速将便携拍照式三维扫描仪集成安装在不同型号的数控加工机床上，实现大型零件在加工前后的原位测量，解决目前拍照式三维扫描仪人工操作的安全性问题和机械臂等额外自动化平台上测量的低效率问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

基于测量大型零件原位的拍照式三维扫描装置，包括安装有刀柄的数控机床主轴，其特征在于：还包括设置于所述刀柄上的三维扫描装置，且所述三维扫描装置包括可调夹具和拍照式三维扫描仪；所述拍照式三维扫描仪包括测头，测头底部设置有定焦镜头；所述可调夹具包括主轴支架和延长调节支架；主轴支架设置于刀柄上，并与刀柄固定连接，延长调节支架的一端设置于主轴支架上，延长调节支架的另一端设置于测头上。

优选的，所述延长调节支架包括装夹臂、“L”型连接圆柱和“L”型连接圆管；“L”型连接圆管包含长管和短管，长管与短管相互垂直设置，两者相互配合构成“L”型，长管靠近管口的一端和短管靠近管口的一端分别周向等距间隔设置有若干压紧螺钉，优选的，长管和短管上分别设置有三颗或四颗压紧螺钉；“L”型连接圆柱包含长柱和短柱，长柱与短柱相互垂直设置，两者相互配合构成“L”型，长柱插入长管中，并通过压紧螺钉与长管固定连接；装夹臂包括连接板，连接板的一端垂直设置有插孔圆柱Ⅰ，插孔圆柱Ⅰ插入短管，并通过压紧螺钉与短管固定连接；连接板的另一端设置有若干连接螺钉，优选的，设置有三颗或四颗连接螺钉，所述测头通过连接螺钉与连接板固定连接。