專利名稱：一種由微電腦控制的三維曲面檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及三維曲面檢測裝置，具體地說，涉及一種由微電腦控制的采用模擬光電檢測矩陣方法的三維曲面檢測裝置。
背景技術(shù)：
目前，三維曲面的檢測在本領(lǐng)域中大致有以下幾種方法①激光掃描法隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，激光掃描檢測三維曲面的方法在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。此方法檢測精度高，但設(shè)備昂貴，成本較高，操作也極為復(fù)雜；因此，其發(fā)展受到很大限制。
②電容法利用三維曲面對檢測裝置中檢測電容的影響，達(dá)到檢測三維的目的。這種方法成本較低，但精度也很低，很難實現(xiàn)實際應(yīng)用。
③光柵法將檢測面排列成光柵矩陣，光柵矩陣記錄下三維曲面的Z軸方向上的運動量后，即可還原成三維曲面的三維信息。但此種方法中，由于光柵本身具有一定體積，因而在一定的面積中無法大量排列，檢測分辨率受到限制。光柵輸出為數(shù)字量信號，要求檢測系統(tǒng)響應(yīng)要高，因而對硬件電路要求高，機(jī)構(gòu)傳動復(fù)雜。此種方法檢測精度有限，制作成本也偏高。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在著的缺點和不足，而提供一種由微電腦控制的三維曲面檢測裝置；即采用模擬光電檢測矩陣的方法，可較好地解決上述矛盾。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的由檢測機(jī)構(gòu)和檢測電路兩大部分組成。其工作原理是被測曲面與檢測機(jī)構(gòu)接觸，檢測機(jī)構(gòu)即可反映出被測曲面的位移，經(jīng)檢測電路轉(zhuǎn)換即可測量出被測曲面的三維數(shù)據(jù)。本實用新型特別適用于人體表面如手部、足部等部位的測量，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、保健、服裝等領(lǐng)域。
檢測機(jī)構(gòu)由檢測單元(1024個)和踩踏板、導(dǎo)向板、導(dǎo)光板組成；每個檢測單元由觸頭、導(dǎo)桿和彈簧組成，導(dǎo)桿底端有反光材料，用來反射來自紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光。觸頭與被測曲面接觸，提供被測曲面的位移。
檢測電路包括光電轉(zhuǎn)換電路、掃描電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、CPU及通訊電路、上位機(jī)軟件等。光電轉(zhuǎn)換電路由紅外發(fā)射與接收對管組成，紅外發(fā)射管將掃描電路的掃描電能轉(zhuǎn)換成紅外光能，紅外光線遇檢測機(jī)構(gòu)的反射，又經(jīng)紅外接收管將光能轉(zhuǎn)換成電能。由于反光面隨檢測位移的變化而變化，其反射光強(qiáng)度也隨位移而變化。紅外接收管產(chǎn)生的電能經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，最后傳入CPU，CPU將光強(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成距離數(shù)據(jù)，通過通訊電路傳入上位機(jī)軟件，上位機(jī)軟件將格式化的曲面數(shù)據(jù)在屏幕上顯示出來，或打印出來，或轉(zhuǎn)換成其它標(biāo)準(zhǔn)化的三維數(shù)據(jù)。
本實用新型具有以下優(yōu)點和積極效果①由于本設(shè)計的檢測器件為反射式光電管，可以緊密排列成檢測矩陣，因而檢測分辨率高。
②所有光電管全部安裝在一塊電路板上，工作采用掃描的方式，因而電路設(shè)計簡單，工作可靠性高。
③配合光電管電路，檢測機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、造價低廉，因而容易推廣，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。


圖1為本實用新型組成方框圖；圖2a、圖2b、圖2c分別為本實用新型結(jié)構(gòu)的主視圖、俯視圖、A放大圖；圖3為檢測電路原理圖。其中1-檢測機(jī)構(gòu)，1.1-螺釘；1.2-墊腳；1.3-支撐柱；1.4-導(dǎo)光板，板厚約30mm，上面有與檢測矩陣對應(yīng)的圓孔(1024個)，孔徑約9mm；1.5-導(dǎo)向板，板厚約15mm，上面有與檢測矩陣對應(yīng)的圓孔(1024個)，孔徑約7mm；1.6-支撐套管；1.7-踩踏板，板厚約12mm，上面有與檢測矩陣對應(yīng)的圓孔(1024個)，孔徑約7mm；1.8-螺釘；1.9-彈簧；1.10-導(dǎo)桿，直徑約6mm；1.11-觸頭，直徑約6mm；2-檢測電路；2.1-光電轉(zhuǎn)換電路；2.2-掃描電路；2.3-模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；2.4-CPU；2.5-通訊電路；2.6-上位機(jī)軟件；3-儀器箱，3.1-箱體；3.2-箱蓋；3.3-絞鏈。
具體實施方式
由圖1可知，本實用新型由檢測機(jī)構(gòu)1和檢測電路2組成；檢測電路2由下列單元組成，其連接關(guān)系是光電轉(zhuǎn)換電路2.1與掃描電路2.2相連接；掃描電路2.2與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2.3相連接；掃描電路2.2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2.3又分別與CPU2.4相連接；CPU2.4與通訊電路2.5相連接；通訊電路2.5與上位機(jī)軟件2.6相連接。
由圖2可知，檢測機(jī)構(gòu)1由檢測單元(1024個)和踩踏板1.7、導(dǎo)向板1.5、導(dǎo)光板1.4組成；在儀器箱3內(nèi)，從上到下，通過支撐柱1.3、支撐套管1.6分別固定踩踏板1.7、導(dǎo)向板1.5和導(dǎo)光板1.4，該三板均與箱體3.1的底面平行，該三板上的圓孔的中心線一致。
每個檢測單元由觸頭1.11、導(dǎo)桿1.10和彈簧1.9組成；觸頭1.11和導(dǎo)桿1.10相連為一根長桿，觸頭1.11穿過踩踏板1.7的圓孔，導(dǎo)桿1.10穿過彈簧1.9和導(dǎo)向板1.5的圓孔，從而保證觸頭1.11和導(dǎo)桿1.10作垂直向運動，并在運動結(jié)束后恢復(fù)初始狀態(tài)；在導(dǎo)桿1.10的底端有反光材料，用來反射來自紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光。
檢測電路2的電路板位于導(dǎo)光板1.4的正下方，其紅外發(fā)射管、接收管與導(dǎo)桿1.10底端的位置上下一一對應(yīng)。
本實用新型是這樣工作的檢測機(jī)構(gòu)1與被測曲面接觸，將被測曲面的起伏變化轉(zhuǎn)化為檢測機(jī)構(gòu)1的位移；該位移在檢測光電管矩陣中被轉(zhuǎn)化為電信號。
具體地說被測曲面與觸頭1.11接觸，并向下運動；觸頭1.11隨被測曲面上下起伏而運動，由于導(dǎo)桿1.10與觸頭1.11相連，使導(dǎo)桿1.10將運動繼續(xù)向下傳遞，又由于導(dǎo)桿1.10的下部由彈簧1.9支撐，使觸頭1.11與被測曲面始終保持接觸，從而保證了檢測的準(zhǔn)確性。為保證光電管矩陣的正常工作，光電管之間不能存在光干擾，導(dǎo)光板1.4就將各光電管的發(fā)射光和反射光完全隔離開，同時隔離環(huán)境光的干擾，使得導(dǎo)桿1.10底端反射的光強(qiáng)度與導(dǎo)桿1.10的位置相對應(yīng)，達(dá)到準(zhǔn)確測量其距離的目的。
每一只光電管均連接一條掃描線，CPU2.4的輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)由掃描電路2.2將掃描電平寄存。待光電管電平穩(wěn)定后由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2.3輸入，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。轉(zhuǎn)換完成后，CPU2.4發(fā)出位移脈沖，掃描電路2.2轉(zhuǎn)入下一只光電管。這樣循環(huán)掃描直至將所有光電管全部掃描完畢。最后將掃描數(shù)據(jù)格式化后，經(jīng)通訊電路2.5轉(zhuǎn)換為RS-232通訊標(biāo)準(zhǔn)傳入上位機(jī)軟件2.6。
權(quán)利要求1.一種由微電腦控制的三維曲面檢測裝置，包括檢測機(jī)構(gòu)(1)和檢測電路(2)，其特征在于檢測電路(2)由下列單元組成，其連接關(guān)系是光電轉(zhuǎn)換電路(2.1)與掃描電路(2.2)相連接；掃描電路(2.2)與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(2.3)相連接；掃描電路(2.2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(2.3)又分別與CPU(2.4)相連接；CPU(2.4)與通訊電路(2.5)相連接；通訊電路(2.5)與上位機(jī)軟件(2.6)相連接；檢測機(jī)構(gòu)(1)由檢測單元和踩踏板(1.7)、導(dǎo)向板(1.5)、導(dǎo)光板(1.4)組成；在儀器箱(3)內(nèi)，從上到下，通過支撐柱(1.3)、支撐套管(1.6)分別固定踩踏板(1.7)、導(dǎo)向板(1.5)和導(dǎo)光板(1.4)，該三板均與箱體(3.1)的底面平行，該三板上的圓孔的中心線一致；每個檢測單元由觸頭(1.11)、導(dǎo)桿(1.10)和彈簧(1.9)組成；觸頭(1.11)和導(dǎo)桿(1.10)相連為一根長桿，觸頭(1.11)穿過踩踏板(1.7)的圓孔，導(dǎo)桿(1.10)穿過彈簧(1.9)和導(dǎo)向板(1.5)的圓孔；在導(dǎo)桿(1.10)的底端有反光材料；檢測電路(2)的電路板位于導(dǎo)光板(1.4)的正下方，其紅外發(fā)射管、接收管與導(dǎo)桿(1.10)底端的位置上下一一對應(yīng)。
專利摘要本實用新型為一種由微電腦控制的三維曲面檢測裝置，涉及三維曲面檢測裝置。本實用新型采用模擬光電檢測矩陣的方法，由檢測機(jī)構(gòu)和檢測電路兩大部分組成；被測曲面與檢測機(jī)構(gòu)接觸，檢測機(jī)構(gòu)即可反映出被測曲面的位移，經(jīng)檢測電路轉(zhuǎn)換即可測量出被測曲面的三維數(shù)據(jù)。檢測機(jī)構(gòu)由檢測單元和踩踏板、導(dǎo)向板、導(dǎo)光板組成；檢測電路由光電轉(zhuǎn)換電路、掃描電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、CPU及通訊電路、上位機(jī)軟件等組成。由于檢測器件為反射式光電管，可以緊密排列成檢測矩陣，因而檢測分辨率高。工作采用掃描的方式，因而電路設(shè)計簡單，工作可靠性高。檢測機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、造價低廉，因而容易推廣，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。
文檔編號G01B21/20GK2564987SQ0227874
公開日2003年8月6日 申請日期2002年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
發(fā)明者張?zhí)觳? 周凱, 葉斌 申請人:武漢科恒科技有限責(zé)任公司