CN104251670A - 一种多目光栅三维扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种多目光栅三维扫描仪，采用非接触光栅式照相扫描技术，其包括：PC机、光栅发射器和N个相机，N≥2；光栅发射器和N个相机均连接至PC机；PC机作为三维扫描程序的运行平台，用于三维扫描仪系统的操作，数据采集以及数据运算和显示导出；三维扫描程序采用混合相位技术，并采用基于ICP的全局误差校正技术；光栅发射器采用白光光源并用于响应PC机指令投射结构光栅；相机用于响应PC机指令拍摄图像。本发明提出了一种多目光栅三维扫描仪，扫描速度快，精确度高。本发明具有精度高，速度快，对工件无磨损，无接触变形，易装夹，易操作等优点，可广泛应用于汽车、电子通讯、玩具、制造行业。

Description

一种多目光栅三维扫描仪

技术领域

本发明涉及逆向工程技术领域，尤其涉及一种多目光栅三维扫描仪。

背景技术

近年来，随着制造技术的飞速发展，一种新的制造概念改变了以前传统制造业的工艺过程。这种新的制造思路是：首先对现有的产品模型进行实测，获得物体的三维轮廓数据信息，再进行数据重构，建立其CAD数据模型。设计人员可在CAD模型上再进行改进和创新设计，最后获得的数据可直接输入到快速成型系统或者形成加工代码输入到数控加工中心，生成新的产品或其模具，最后通过实验验证，产品定型后再投入批量生产。这一过程就被称为反求工程(逆向工程)，它使产品的设计开发的周期大为缩短。

反求工程(逆向工程)系统可分为三部分：即数据的获取与处理系统；数据文件自动生成系统；自动加工成型系统。其中物体三维轮廓数据的准确获取是整个反求工程(逆向工程)的关键所在，主要通过三维扫描仪来实现。

如今，三维扫描仪基本上分为接触式和非接触式两大类。前者，价格较便宜，但速度较慢，而且以探针与物体接触会有盲点并且使软性物体容易变形，影响扫描精度，但可以具有很高测量精度，适合做相对尺寸的测量与质量管理；后者目前主要实现为激光扫描仪，激光扫描速度快，但精确度有待提高。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种多目光栅三维扫描仪，扫描速度快，精确度高。

本发明提出的一种多目光栅三维扫描仪，采用非接触光栅式照相扫描技术，其包括：PC机、光栅发射器和N个相机，N≥2；

光栅发射器和N个相机均连接至PC机；

PC机作为三维扫描程序的运行平台，用于三维扫描仪系统的操作，数据采集以及数据运算和显示导出；三维扫描程序采用混合相位技术，并采用基于ICP的全局误差校正技术；

光栅发射器采用白光光源并用于响应PC机指令投射结构光栅；

相机用于响应PC机指令拍摄图像；

工作时，PC机控制光栅发射器向被扫描件发射结构光，并控制N个相机对被扫描件进行多角度拍摄；PC机接收相机拍摄到的图像信息并转换为数据信息进行数据运算并进行数据重构，建立被扫描件数据模型。

优选地，还包括标志点，并采用标志点全自动拼接技术。

优选地，采用标准的AC点云格式。

优选地，采用基于物体特征的无标志点全自动拼接技术。

优选地，N＝4，可进行两个扫描范围自由切换并自动拼接。

优选地，N≥3，且N个相机分布在两条以上的直线上。

优选地，可进行多个扫描范围自由切换并自动拼接。

优选地，相机为工业相机。

优选地，相机为大恒MER-130-30UM工业相机或IC高速工业相机。

本发明采用非接触光栅式照相扫描技术，避免了因扫描部件磨损而影响精度，或者因接触而导致被扫描件变形，具有很高的稳定性，尤其适用于橡胶类、皮革类等表面易变形物体扫描。

本发明中三维扫描程序采用混合相位技术，一次扫描一个面，可以扫描自由形状物体，能扫描有空洞、沟槽，断裂的表面；并采用基于ICP的全局误差校正技术，将扫描所得点云数据的公共部分中所有点进行最佳匹配运算，拼合精度高、运算速度快，解决了拼接过程中可能会出现的分层问题和全局误差校正问题。

本发明中，光栅发射器采用白光光源，其发射的结构光栅为白光，对人体无伤害，对环境要求不敏感，不需要在暗室中操作，适用范围广泛。

总之，本发明具有精度高，速度快，对工件无磨损，无接触变形，易装夹，易操作等优点，可广泛应用于汽车、电子通讯、玩具、制造行业。

附图说明

图1为本发明提出的一种多目光栅三维扫描仪示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提出的一种多目光栅三维扫描仪，采用非接触光栅式照相扫描技术，避免了因扫描部件磨损而影响精度，或者因接触而导致被扫描件A变形，具有很高的稳定性，尤其适用于橡胶类、皮革类等表面易变形物体扫描。

本发明提出的一种多目光栅三维扫描仪包括：PC机1、光栅发射器2、N个相机3以及若干标志点，N≥2。

光栅发射器2和N个相机3均连接至PC机1。

PC机1作为三维扫描程序的运行平台，用于三维扫描仪系统的操作，数据采集以及数据运算和显示导出。三维扫描程序采用混合相位技术，一次扫描一个面，可以扫描自由形状物体，能扫描有空洞、沟槽，断裂的表面；并采用基于ICP(Iterative Closest Point,迭代就近点算法)的全局误差校正技术，将扫描所得点云数据的公共部分中所有点进行最佳匹配运算，拼合精度高、运算速度快，解决了拼接过程中可能会出现的分层问题和全局误差校正问题。

光栅发射器2用于响应PC机1指令投射结构光栅。本实施方式中，光栅发射器2采用白光光源，其发射的结构光栅为白光，对人体无伤害，对环境要求不敏感，不需要在暗室中操作，适用范围广泛。

相机3用于响应PC机1指令拍摄图像并将图像信息发送到PC机1，故而，相机3应采用具有机器视觉的工业相机，具体可选用大恒MER-130-30UM工业相机或IC(integrated circuit，集成电路)高速工业相机。

本发明具体实施时，可以采用两个相机，实现为双目三维扫描仪；也可以采用四个相机，实现四目三维扫描仪，其可进行两个扫描范围自由切换并自动拼接。具体的，本实施方式优选N≥3，且N个相机3分布在两条以上的直线上，可进行多个扫描范围自由切换并自动拼接，以实现扫描范围的多选性，扩大其适用范围。

扫描时，标志点念头在被扫描件A的表面以作为图像拼接的标识，以便采用标志点全自动拼接技术进行图像拼接，该种拼接方法通过优化标志点识别的鲁棒性，可大大提高了拼接效率和精度。

工作时，PC机1控制光栅发射器2向被扫描件A发射结构光，并控制N个相机3对被扫描件A进行多角度拍摄；PC机1接收相机3拍摄到的图像信息并转换为数据信息进行数据运算并进行数据重构，建立被扫描件A数据模型。

以上工作过程中，三维扫描程序采用标志点全自动拼接技术进行图像拼接，以提高拼接效率和精度，并采用标准的AC(AutoCAD)点云格式，以便生成的数据更小，更易于3D后期处理。

具体实施时，也可以采用基于物体特征的无标志点全自动拼接技术，其颠覆了传统的标志点拼接方式，可以不需要贴标志点(也可以标志点和无标志点结合使用)，直接扫描合并，高效地实现外型复杂工件的快速扫描，而且拼接精度大大高于标志点拼接，另外配合机械臂和自动转盘实现无值守自动扫描，其适用范围更加广泛。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多目光栅三维扫描仪，其特征在于，采用非接触光栅式照相扫描技术，其包括：PC机(1)、光栅发射器(2)和N个相机(3)，N≥2；

光栅发射器(2)和N个相机(3)均连接至PC机(1)；

PC机(1)作为三维扫描程序的运行平台，用于三维扫描仪系统的操作，数据采集以及数据运算和显示导出；三维扫描程序采用混合相位技术，并采用基于ICP的全局误差校正技术；

光栅发射器(2)采用白光光源并用于响应PC机(1)指令投射结构光栅；

相机(3)用于响应PC机(1)指令拍摄图像；

工作时，PC机(1)控制光栅发射器(2)向被扫描件(A)发射结构光，并控制N个相机(3)对被扫描件(A)进行多角度拍摄；PC机(1)接收相机(3)拍摄到的图像信息并转换为数据信息进行数据运算并进行数据重构，建立被扫描件(A)数据模型。

2.如权利要求1所述的多目光栅三维扫描仪，其特征在于，还包括标志点，并采用标志点全自动拼接技术。

3.如权利要求2所述的多目光栅三维扫描仪，其特征在于，采用标准的AC点云格式。

4.如权利要求1所述的多目光栅三维扫描仪，其特征在于，采用基于物体特征的无标志点全自动拼接技术。

5.如权利要求1所述的多目光栅三维扫描仪，其特征在于，N＝4，可进行两个扫描范围自由切换并自动拼接。

6.如权利要求1所述的多目光栅三维扫描仪，其特征在于，N≥3，且N个相机(3)分布在两条以上的直线上。

7.如权利要求6所述的多目光栅三维扫描仪，其特征在于，可进行多个扫描范围自由切换并自动拼接。

8.如权利要求1所述的多目光栅三维扫描仪，其特征在于，相机(3)为工业相机。

9.如权利要求8所述的多目光栅三维扫描仪，其特征在于，相机(3)为大恒MER-130-30UM工业相机或IC高速工业相机。