CN102833450A - 基于直角坐标机器人技术的扫描仪及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于直角坐标机器人技术的扫描仪及控制方法，包括底座、控制器、以及设置在底座上的平移平台，平移平台包括X向传动装置、Y向传动装置以及支架，支架设置在底座上，Y向传动装置设置在支架的上端，X向传动装置设置在底座上，底座上还设置有字画放置及固定平台，Y向传动装置上设有相机固定及定位调整装置，Y向传动装置和X向传动装置之间设置有数控光源系统，控制器控制X向传动装置和Y向传动装置的运动方向和速度。本发明采用非接触性的扫描，最大扫描幅度2A0，用相机对被扫描对象进行逐一拍照方式进行扫描，形成成批的高分辨率的图像，再通过无失真图像处理技术，形成一幅高精度可实时缩放的数字化图像，图像的分辨率达800PPI。

Description

基于直角坐标机器人技术的扫描仪及控制方法

技术领域

本发明涉及扫描仪的技术领域，特别涉及一种基于直角坐标机器人技术的扫描仪及控制方法。

背景技术

扫描仪是近几年应用非常广泛的一种计算机输入设备，它可以将各种图片、图纸转换成数字化的图像数据输入到计算机中，进行各种处理以及存储传输等。扫描仪是一种光机电一体化产品，由扫描头、控制电路和机械部件组成，采取逐行扫描，得到的数字信号以点阵的形式保存，再使用文件编辑软件将它编辑成标准格式的文本储存在磁盘上。

扫描仪发展的历史虽不长，但其技术发展更新换代的速度很快，已形成各种不同类型、不同档次的系列产品，和全面满足不同应用领域用户的要求，在产品类型方面已形成从小到大的完整的产品系列，形成高中低档的全面配套。通常，将扫描幅面大于A3（297mm*420mm）的扫描仪称为大幅面扫描仪。

目前国际上比较成熟的大幅面扫描仪是A0（841mm*1189mm）幅面的彩色扫描仪，采用扫描头固定不动，用一对滚轴靠摩擦方式传送图稿，对被扫描对象特别是名贵字画会有所损伤。市面上，常见的扫描分辨率只能达到400PPI，满足不了众多用户的实际需求，如绘图部门对等高线图的分辨率要求达到800PPI以上。大幅面高精度彩色扫描仪在测绘、地质、气象和彩色电子出版等行业具有大量的应用需求，同时，在一些特殊行业，例如文物字画数字化储藏及考古鉴定等领域，大幅面高精度彩色扫描仪也是不可或缺的一种装备。

授权公告号为CN 101312478B（授权公告日为2010.9.15）的中国发明专利公开了一种拍照式超大幅面书画扫描仪平台，包括：承载平台、水平导轨、垂直导轨、衡量、拍摄架、云台、相机灯光系统、衡量和垂直导轨分别与电机连接，电机与控制系统连接，通过计算机控制相机精确移动，得到完整的书画扫描件，但是该发明的扫描的幅面小，控制的精度也不高，扫描出来的画面的分辨率也不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种扫描范围大、扫描精度高的扫描仪。

本发明的另一目的在于提供上述扫描仪的控制方法。

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：

本发明基于直角坐标机器人技术的扫描仪，包括底座、控制器、以及设置在底座上的平移平台，所述平移平台包括X向传动装置、Y向传动装置以及支架，所述支架设置在底座上，所述Y向传动装置设置在支架的上端，所述X向传动装置设置在底座上，所述底座上还设置有字画放置及固定平台，所述Y向传动装置上设有相机固定及定位调整装置，所述Y向传动装置和X向传动装置之间设置有数控光源系统，所述控制器控制X向传动装置和Y向传动装置的运动方向和运动速度。

优选的，所述Y向传动装置包括：第一滚珠丝杠、驱动第一滚珠丝杠运行的第一伺服电机以及第一导轨，第一滚珠丝杠与第一导轨之间通过铝型材连接，第一伺服电机与第一滚珠丝杠直接连接。

优选的，所述数控光源系统包括冷光源、控制电源以及光源悬吊机构，所述冷光源为可调节的自然光，由两个条形光源组成，所述冷光源设置在Y向装置的第一导轨上。

优选的，所述相机固定及定位调整装置包括：相机、用于夹持相机并保持相机相对位置固定的相机夹具以及相机焦距调整装置，所述相机设置在Y向传动装置的第一滚珠丝杠上，保证光源与相机的同步运行。

优选的，所述X向传动装置包括：双滚珠丝杠直线模组、同步带以及通过同步带同时驱动双滚珠丝杠直线模组运行的第二伺服电机，所述双滚珠丝杠直线模组包括第二滚珠丝杠、支持轴承以及线性导轨滑块，所述线性导轨滑块设置在第二滚珠丝杠上。

优选的，所述X向传动装置包括：第二伺服电机、第二滚珠丝杠以及双线性导轨，第二伺服电机安装于第二滚珠丝杠的一端，双线性导轨与第二滚珠丝杠平行安装于底座的两侧。

优选的，所述X向传动装置包括：双同步带、双导轨系统、以及通过双同步带来驱动双导轨系统的运行的第二伺服电机。

为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于直角坐标机器人技术的扫描仪的控制方法，包括下述步骤：

S1、将待扫描对象放在字画放置及固定平台上，开启扫描仪；

S2、通过X向传动装置和Y向传动装置来控制相机的移动路径，相机的移动路径为“S”型；

S3、相机从被扫描对象的一个角开始拍照，每拍完一张照片后，相机在X向传动装置和Y向传动装置的驱动下到达下一个拍照位置，待相机停稳定后，再开始拍照工作；

S4、待被扫描对象都被扫描拍摄后，照片通过USB线导入控制器中，经过适当的图像处理和算法处理后，呈现出一幅完整的被扫描对象的图片。

优选的，步骤S3中，一次拍摄相片的大小为16.7cm*11.0cm，所拍的每张图片之间重叠区域为150个像素。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、采用非接触性的扫描，最大扫描幅度2A0（1700mm*1200mm），用相机对被扫描对象进行逐一拍照方式进行扫描，形成成批的高分辨率的图像，再通过无失真图像处理技术，形成一幅高精度可实时缩放的数字化图像，图像的分辨率达800PPI。

2、本发明可以用于扫描2A0的幅面，扫描精度达到800PPI，能满足众多用户的实际需求，视觉处理软件系统能够提高良好的用户接口，实时缩放数字化图像，达到高精度欣赏和鉴定书画稿的效果，可广泛用于测绘、地质、气象、彩色电子出版、文物字画数字化储藏等。

附图说明

图1是本发明平台式扫描仪的结构示意图；

图2是本发明龙门式扫描仪的结构示意图；

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例提供一种高精度的大幅面的扫描仪设备，该设备采用了平台式或龙门式的总体结构，通过控制相机高精度、高稳定性的移动，对大幅面的被扫描图稿进行逐一的拍照，形成成批的高分辨率的图像，再通过图像拼接和处理技术，最后形成一幅高精度、高像素的图片，在对图片进行多次的放大后，图像依然清晰，字画细节特征依然清楚。由于图稿与扫描头之间的相对移动是通过精密的传动系统来保证的，与摩擦送纸相比，具有更高的定位精度和可靠性，并且非接触性的扫描方式，也可以保证被扫描图稿的完整性。为了保证被扫描对象的真实性，本发明的扫描仪采用了数控光源系统，光源为可调节的自然冷光源，真实地反应被扫描图稿的真实状态，同时不因为光源发热而对被扫描对象造成不良影响。

该设备可用于扫描2A0的幅面，扫描精度达到800PPI，能满足众多用户的实际需求，视觉处理软件系统能够提高良好的用户接口，实时缩放数字化图像，达到高精度欣赏和鉴定书画稿的效果，可广泛用于测绘、地质、气象、彩色电子出版、文物字画数字化储藏等。

图1为平台式结构的基于直角坐标机器人技术的扫描仪，图2是龙门式的结构，他们只是底座的形式不一样，其它结构部分相同，基于直角坐标机器人技术的扫描仪，包括底座1、控制器、以及设置在底座上的平移平台，所述平移平台包括X向传动装置5、Y向传动装置8以及支架2，所述支架设置在底座1上，所述Y向传动装置设置在支架1的上端，所述X向传动装置设置在底座1上，所述底座上还设置有字画放置及固定平台3，所述Y向传动装置上设有相机固定及定位调整装置6，所述Y向传动装置和X向传动装置之间设置有数控光源系统，所述控制器控制X向传动装置和Y向传动装置的运动方向和运动速度。

所述Y向传动装置包括：第一滚珠丝杠、驱动第一滚珠丝杠运行的第一伺服电机以及第一导轨，第一滚珠丝杠与第一导轨之间通过铝型材连接，第一伺服电机与第一滚珠丝杠直接连接。

所述相机固定及定位调整装置6包括：相机、用于夹持相机并保持相机相对位置固定的相机夹具7以及相机焦距调整装置，所述相机设置在Y向传动装置的第一滚珠丝杠上，保证光源与相机的同步运行。

上述基于直角坐标机器人技术的大幅面高精度扫描仪，其中，所述的X向传动系统可采用三种方式来实现：伺服电机通过同步带驱动双工业组合机器人，采用长距离、高精度、大跨度的双丝杠运动模组驱动，所述X向传动装置包括：双滚珠丝杠直线模组、同步带以及通过同步带同时驱动双滚珠丝杠直线模组运行的第二伺服电机，所述双滚珠丝杠直线模组包括第二滚珠丝杠、支持轴承以及线性导轨滑块，所述线性导轨滑块设置在第二滚珠丝杠上。

伺服电机直接驱动工业机器人，所述X向传动装置包括：第二伺服电机、第二滚珠丝杠以及双线性导轨，第二伺服电机安装于第二滚珠丝杠的一端，双线性导轨与第二滚珠丝杠平行安装于底座的两侧。

伺服电机通过双同步带驱动工业机器人，所述X向传动装置包括：双同步带、双导轨系统、以及通过双同步带来驱动双导轨系统的运行的第二伺服电机。

上述基于直角坐标机器人技术的大幅面高精度扫描仪，其中，所述的字画放置及固定系统，字画放置平台采用的钢化玻璃，字画放置平台设有字画、相机及拍摄校正坐标系统，固定装置采用无损夹具。

上述基于直角坐标机器人技术的大幅面高精度扫描仪，其中，所述的相机固定及定位调整系统包括：普通相机、相机夹具、相机焦距调整（Z向）。相机通过USB接口与控制器连接，相机可实现三向平移、三轴旋转共6个自由度调节。

上述基于直角坐标机器人技术的大幅面高精度扫描仪，其中，所述数控光源系统包括冷光源、控制电源以及光源悬吊机构，所述冷光源为可调节的自然光，由两个条形光源组成，所述冷光源设置在Y向装置的第一导轨上。

上述基于直角坐标机器人技术的大幅面高精度扫描仪，其中，所述的传动系统采用伺服电机来驱动，伺服电机的控制通过插在控制器内的板卡来控制。

上述基于直角坐标机器人技术的大幅面高精度扫描仪，其中，所述的控制器为一般的商用台式电脑。

本实施例基于直角坐标机器人技术的扫描仪的控制方法步骤如下：

S1、将待扫描对象放在字画放置及固定平台上，开启扫描仪；

S2、通过X向传动装置和Y向传动装置来控制相机的移动路径，相机的移动路径为“S”型；

S3、相机从被扫描对象的一个角开始拍照，每拍完一张照片后，相机在X向传动装置和Y向传动装置的驱动下到达下一个拍照位置，待相机停稳定后，再开始拍照工作，一次拍摄相片的大小为16.7cm*11.0cm，所拍的每张图片之间重叠区域为150个像素；

S4、待被扫描对象都被扫描拍摄后，照片通过USB线导入控制器中，经过适当的图像处理和算法处理后，呈现出一幅完整的被扫描对象的图片。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于直角坐标机器人技术的扫描仪，其特征在于，包括底座、控制器、以及设置在底座上的平移平台，所述平移平台包括X向传动装置、Y向传动装置以及支架，所述支架设置在底座上，所述Y向传动装置设置在支架的上端，所述X向传动装置设置在底座上，所述底座上还设置有字画放置及固定平台，所述Y向传动装置上设有相机固定及定位调整装置，所述Y向传动装置和X向传动装置之间设置有数控光源系统，所述控制器控制X向传动装置和Y向传动装置的运动方向和运动速度。

2.根据权利要求1所述的基于直角坐标机器人技术的扫描仪，其特征在于，所述Y向传动装置包括：第一滚珠丝杠、驱动第一滚珠丝杠运行的第一伺服电机以及第一导轨，第一滚珠丝杠与第一导轨之间通过铝型材连接，第一伺服电机与第一滚珠丝杠直接连接。

3.根据权利要求1所述的基于直角坐标机器人技术的扫描仪，其特征在于，所述数控光源系统包括冷光源、控制电源以及光源悬吊机构，所述冷光源为可调节的自然光，由两个条形光源组成，所述冷光源设置在Y向装置的第一导轨上。

4.根据权利要求1所述的基于直角坐标机器人技术的扫描仪，其特征在于，所述相机固定及定位调整装置包括：相机、用于夹持相机并保持相机相对位置固定的相机夹具以及相机焦距调整装置，所述相机设置在Y向传动装置的第一滚珠丝杠上，保证光源与相机的同步运行。

5.根据权利要求1所述的基于直角坐标机器人技术的扫描仪，其特征在于，所述X向传动装置包括：双滚珠丝杠直线模组、同步带以及通过同步带同时驱动双滚珠丝杠直线模组运行的第二伺服电机，所述双滚珠丝杠直线模组包括第二滚珠丝杠、支持轴承以及线性导轨滑块，所述线性导轨滑块设置在第二滚珠丝杠上。

6.根据权利要求1所述的基于直角坐标机器人技术的扫描仪，其特征在于，所述X向传动装置包括：第二伺服电机、第二滚珠丝杠以及双线性导轨，第二伺服电机安装于第二滚珠丝杠的一端，双线性导轨与第二滚珠丝杠平行安装于底座的两侧。

7.根据权利要求1所述的基于直角坐标机器人技术的扫描仪，其特征在于，所述X向传动装置包括：双同步带、双导轨系统、以及通过双同步带来驱动双导轨系统的运行的第二伺服电机。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的基于直角坐标机器人技术的扫描仪，其特征在于，所述底座为平台式或者龙门式的结构。

9.一种根据权利要求1所述的基于直角坐标机器人技术的扫描仪的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、将待扫描对象放在字画放置及固定平台上，开启扫描仪；

S2、通过X向传动装置和Y向传动装置来控制相机的移动路径，相机的移动路径为“S”型；

S3、相机从被扫描对象的一个角开始拍照，每拍完一张照片后，相机在X向传动装置和Y向传动装置的驱动下到达下一个拍照位置，待相机停稳定后，再开始拍照工作；

S4、待被扫描对象都被扫描拍摄后，照片通过USB线导入控制器中，经过适当的图像处理和算法处理后，呈现出一幅完整的被扫描对象的图片。

10.根据权利要求9所述的基于直角坐标机器人技术的扫描仪的控制方法，其特征在于，步骤S3中，一次拍摄相片的大小为16.7cm*11.0cm，所拍的每张图片之间重叠区域为150个像素。

Images