CN105571520A - 一种智能化三维立体扫描仪云台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能化三维立体扫描仪云台，包括基座、三角支架、轴摆动部分、轴转动部分、轴整体旋转部分和控制部分；轴转动部分、轴摆动部分、轴整体旋转部分、三角支架和控制部分均安装于基座上，其中整体旋转部分中的定轴支撑于基座上，基座与三角支架相连接，轴摆动部分的夹持座夹持于轴转动部分的第一步进电机上，轴摆动部分位于轴整体旋转部分的上方，轴转动部分、轴摆动部分和轴整体旋转部分均与控制部分连接。本发明采用全自动控制，避免手动操作带来的抖动或者人为误差，使得扫描更加可靠，操作者劳动强度降低；通过智能控制，可将云台用于高大建筑的扫描，大大降低了扫描工作量，通过远程自动控制，避免了高处扫描带来的多种危险。
Description
技术领域
本发明涉及三维扫描，具体涉及一种智能化三维立体扫描仪云台。
背景技术
三维立体扫描是集光、电、机和计算机于一体的高新技术，主要针对于物体3D外形及结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标，能够将物体的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供方便快捷的方法。目前三维立体扫描技术已经广泛地应用于汽车制造业中的产品开发、逆向工程、快速成型、质量控制和建筑测绘等领域，但其在建筑测绘中的应用在当前存在着一大难题。
目前市场上用于建筑测绘的三维立体扫描仪主要是激光三维扫描仪，激光三维扫描仪又可分为：台式激光三维扫描仪、关节臂式三维扫描仪和手持式激光三维扫描仪。但是其中还存在一些缺陷，如：1、台式激光三维扫描仪只能扫描一定范围的工件，且不能随身携带，有很大的局限性；2、关节臂式三维扫描仪相对台式的有了较大的便携性，但是操作者需要很长时间手持测量臂，在扫描的过程当中劳动强度高，自动化程度低，且由于其具有较多的关节，磨损后会使整体的尺寸精度降低；3、手持式激光三维扫描仪需要人手动操作，易造成重复操作，工作量大且扫描精度较差。
针对建筑扫描的三维立体扫描仪皆是采用手动操作，但通过手动操不断转换物体的扫描角度，会给点云数据增加误差，使得扫描所得的数据精度降低；在扫描的过程当中无法实现全自动化，为此可能还会引起扫描精度和速度的误差，最终会导致收集到的点云数据存在较大的误差，同时遇到高层建筑时通过手动操作的扫描操作十分危险，操作者必须搭建与建筑相等高度的平台才能接触到操作手柄，费时费力且危及人的生命安全。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种智能化三维立体扫描仪云台，本云台采用三轴结构，通过三轴联动可控制扫描仪对物体进行全方位扫描；通过自动控制，可提高扫描的精度，减小手动操作带来的误差，排除高层建筑扫描需人手动操作带来的多种不便；该装置设计巧妙且可靠性高。
实现本发明目的技术方案为：
一种智能化三维立体扫描仪云台，包括基座、三角支架、轴摆动部分、轴转动部分、轴整体旋转部分和控制部分；轴转动部分、轴摆动部分、轴整体旋转部分、三角支架和控制部分均安装于基座上，其中整体旋转部分中的定轴支撑于基座上，基座与三角支架相连接，轴摆动部分的夹持座夹持于轴转动部分的第一步进电机上，轴摆动部分位于轴整体旋转部分的上方，控制部分与轴转动部分、轴摆动部分、轴整体旋转部分连接，通过控制部分的步进电机驱动模块实现各部分步进电机的驱动。
所述基座由矩形框架组成，用于安装整个云台并承担云台和扫描仪的重量；基座的中心与三角支架的中心重合。
所述轴转动部分包括第一步进电机、电机固定座、第一联轴器、转动轴和支撑套；其中第一步进电机与电机固定座相连，电机固定座安装于支撑套的下端，支撑套内部设有第一推力轴承，第一推力轴承内孔与转动轴过渡配合，转动轴下端通过第一联轴器与第一步进电机连接，转动轴上端与扫描仪相连。
所述轴摆动部分包括驱动装置和摆动装置，其中驱动装置包括第二步进电机、第一直角支座、第二直角支座、第三直角支座、第二联轴器、丝杆、螺母、直线轴承、导轨和螺母安装座组成；第二步进电机固定在第一直角支座上，第二直角支座通过第二联轴器与第一直角支座连接，丝杆和导轨通过第二直角支座和第三直角支座支撑，丝杆和导轨轴线平行，第一直角支座、第二直角支座和第三直角支座安装于第一底板上，螺母安装于丝杆上，直线轴承与导轨连接，螺母和直线轴承皆固定于螺母安装座上，丝杆一端通过第二联轴器与第二步进电机连接；
摆动装置包括第一连杆、轴承、第二连杆、夹持座、第一阶梯轴、第二阶梯轴、第一轴承、第二轴承、第一轴承座、第二轴承座和第二底板；所述第一连杆一端固定于螺母安装座上，另一端与轴承相连，轴承与第二连杆上的槽呈间隙配合，第二连杆与夹持座采用螺纹连接，夹持座夹持于第一步进电机上；第一阶梯轴和第二阶梯轴对称安装于支撑套上，位于支撑套的左右，第一阶梯轴和第二阶梯轴两端分别通过第一轴承、第二轴承与第一轴承座、第二轴承座连接；第一轴承座和第二轴承座固定安装于第二底板上。
所述第二连杆的槽为腰型孔。
所述轴整体旋转部分包括第三步进电机、第三底板、上端盖、底部主轴、第三联轴器、定轴、第二推力轴承和底座；第三步进电机位于上端盖上方与上端盖连接，上端盖固定于第三底板上，第三步进电机还通过第三联轴器与定轴相连，定轴通过第二推力轴承支撑于基座上，底座则和三角支架相连接。
所述控制部分由电源和步进电机驱动模块组成，步进电机驱动模块与步进电机连接，电源为步进电机驱动模块供电，主要用于实现各步进电机的智能驱动。
所述第一联轴器、第二联轴器和第三联轴器为弹性联轴器。
本发明的有益效果为：本云台采用全自动控制，可取代现有的手动操作，采用自动控制亦能避免手动操作带来的抖动或者人为误差，使得扫描更加可靠，操作者劳动强度降低；通过智能控制，可将云台用于高大建筑的扫描，大大降低了扫描工作量，通过远程自动控制，避免了高处扫描带来的多种危险，同时为扫描仪云台提出了一种更加新颖的结构。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的后视图；
图3为本发明轴转动部分的结构示意图；
图4为本发明轴摆动部分的结构示意图；
图5为本发明整体旋转部分的结构示意图。
图中，1、基座，2、三角支架，3-1、第一步进电机，3-2、第二步进电机，3-3、第三步进电机，4、电机固定座，5-1、第一联轴器，5-2、第二联轴器，5-3、第三联轴器，6、转动轴，7、支撑套，8-1、第一推力轴承，8-2、第二推力轴承，9-1、第一底板，9-2、第二底板，9-3、第三底板，10-1、第一直角支座，10-2、第二直角支座，10-3、第三直角支座，11、丝杆，12、螺母，13、直线轴承，14、导轨，15、螺母安装座，16-1、第一连杆，16-2、第二连杆，17、轴承，18、夹持座，19-1、第一阶梯轴，19-2、第二阶梯轴，20-1、第一轴承，20-2、第二轴承，21-1、第一轴承座，21-2第二轴承座，22、上端盖，23、底部主轴，24、定轴。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详述，但不是对本发明的的限定。
一种智能化三维立体扫描仪云台，主要由基座1、轴摆动部分、轴转动部分、轴整体旋转部分、三角支架2和控制部分组成；轴摆动部分、轴转动部分、轴整体旋转部分、三角支架2和控制部分皆安装于基座1上。
基座1由铝型材搭建的矩形框架组成，用于安装整个云台并承担云台和扫描仪的重量。基座1的中心与三角支架2的中心重合。
轴转动部分由第一步进电机3-1、电机固定座4、第一联轴器5-1和转动轴6组成；第一步进电机3-1与电机固定座4相连，电机固定座4安装在支撑套7的下端，支撑套7内部安置有第一推力轴承8-1，第一推力轴承8-1内孔与转动轴6过渡配合，转动轴6下端通过第一联轴器5-1与第一步进电机3-1连接，转动轴6上端与扫描仪相连。其中第一联轴器5-1为弹性联轴器。轴转动部分用于实现扫描仪的定轴转动，驱动第一步进电机3-1工作，第一步进电机3-1通过第一联轴器5-1将运动传递给转动轴6，从而带动轴6转动，即可实现扫描仪的定轴转动。
轴摆动部分由驱动装置和摆动装置构成。其中驱动装置由第二步进电机3-2、第一直角支座10-1、第二直角支座10-2、第三直角支座10-3、第二联轴器5-2、丝杆11、螺母12、直线轴承13、导轨14和螺母安装座15组成；第二步进电机3-2固定在第一直角支座10-1上，第二直角支座10-2通过第二联轴器5-2与第一直角支座10-1连接，丝杆11和导轨14采用第二直角支座10-2和第三直角支座10-3支撑，丝杆11和导轨14轴线平行，第一直角支座10-1、第二直角支座10-2和第三直角支座10-3安装于第一底板9-1上，螺母12安装于丝杆11上，直线轴承13与导轨14连接，螺母12和直线轴承13皆固定于螺母安装座15上，丝杆11一端通过第二联轴器5-2与第二步进电机3-2连接。驱动装置用于实现螺母安装座15的直线运动，电机3-2转动时带动丝杆11转动，通过螺母12将丝杆11的转动转化为螺母安装座15的直线运动。摆动装置由支撑套7、第一连杆16-1、轴承17、第二连杆16-2、夹持座18、第一阶梯轴19-1、第二阶梯轴19-2、第一轴承20-1、第二轴承20-2、第一轴承座21-1、第二轴承座21-2和第二底板9-2组成；第一连杆16-1一端固定于螺母安装座15上，另一端与轴承17相连，轴承17与第二连杆16-2上的槽呈间隙配合，其中第二连杆16-2的槽为腰型孔，第二连杆16-2与夹持座18采用螺纹连接，夹持座18夹持于第一步进电机3-1上；第一阶梯轴19-1和第二阶梯轴19-2对称安装于支撑套7上，位于支撑套7的左右，第一阶梯轴19-1和第二阶梯轴19-2两端分别通过第一轴承20-1、第二轴承20-2与第一轴承座21-1、第二轴承座21-2连接；第一轴承座21-1和第二轴承座21-2固定安装于第二底板9-2上。摆动装置用于实现角度摆动运动。轴摆动部分用于实现扫描仪的抬头和低头，其原理是利用第一连杆16-1、轴承17和第二连杆16-2将螺母安装座15的直线运动转化为支撑套7的摆动运动，螺母安装座15做直线运动时，其带动轴承17在第二连杆16-2的腰型孔里作圆弧上下移动，从而带动支撑套7摆动。
轴整体旋转部分由第三步进电机3-3、第三底板9-3、上端盖22、底部主轴23、第三联轴器5-3、定轴24、第二推力轴承8-2和基座1构成；第三步进电机3-3位于上端盖22上方与上端盖22连接，上端盖22固定于第三底板9-3上，第三步进电机3-3通过第三联轴器5-3与定轴24相连，定轴24通过第二推力轴承8-2支撑于基座1上，基座1则和三角支架2相连接，由于定轴24固定于基座1上，当第三步进电机3-3运动时就会带动云台进行整体旋转，从而实现轴整体旋转。
控制部分由电源和步进电机驱动模块组成，步进电机驱动模块与步进电机连接，电源为步进电机驱动模块供电，主要用于实现各步进电机的智能驱动。
使用时，将云台下端的底座与三角支架相连，上端转动轴与扫描仪相连，根据扫描需求，既可通过远程控制又可通过电源和步进电机驱动模块现场控第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机运动，从而控制云台运动，利用扫描仪有效地实现对物体不同方位地扫描。
Claims (8)
1.一种智能化三维立体扫描仪云台，其特征在于，包括基座、三角支架、轴摆动部分、轴转动部分、轴整体旋转部分和控制部分；轴转动部分、轴摆动部分、轴整体旋转部分、三角支架和控制部分均安装于基座上，其中整体旋转部分中的定轴支撑于基座上，基座与三角支架相连接，轴摆动部分的夹持座夹持于轴转动部分的第一步进电机上，轴摆动部分位于轴整体旋转部分的上方，轴转动部分、轴摆动部分和轴整体旋转部分均与控制部分连接，通过控制部分的步进电机驱动模块实现各部分步进电机的驱动。
2.根据权利要求1所述的智能化三维立体扫描仪云台，其特征在于，所述基座由矩形框架组成，用于安装整个云台并承担云台和扫描仪的重量；基座的中心与三角支架的中心重合。
3.根据权利要求1所述的智能化三维立体扫描仪云台，其特征在于，所述轴转动部分包括第一步进电机、电机固定座、第一联轴器、转动轴和支撑套；其中第一步进电机与电机固定座相连，电机固定座安装于支撑套的下端，支撑套内部设有第一推力轴承，第一推力轴承内孔与转动轴过渡配合，转动轴下端通过第一联轴器与第一步进电机连接，转动轴上端与扫描仪相连。
4.根据权利要求1所述的智能化三维立体扫描仪云台，其特征在于，所述轴摆动部分包括驱动装置和摆动装置，其中
驱动装置包括第二步进电机、第一直角支座、第二直角支座、第三直角支座、第二联轴器、丝杆、螺母、直线轴承、导轨和螺母安装座组成；第二步进电机固定在第一直角支座上，第二直角支座通过第二联轴器与第一直角支座连接，丝杆和导轨通过第二直角支座和第三直角支座支撑，丝杆和导轨轴线平行，第一直角支座、第二直角支座和第三直角支座安装于第一底板上，螺母安装于丝杆上，直线轴承与导轨连接，螺母和直线轴承皆固定于螺母安装座上，丝杆一端通过第二联轴器与第二步进电机连接；
摆动装置包括第一连杆、轴承、第二连杆、夹持座、第一阶梯轴、第二阶梯轴、第一轴承、第二轴承、第一轴承座、第二轴承座和第二底板；所述第一连杆一端固定于螺母安装座上，另一端与轴承相连，轴承与第二连杆上的槽呈间隙配合，第二连杆与夹持座采用螺纹连接，夹持座夹持于第一步进电机上；第一阶梯轴和第二阶梯轴对称安装于支撑套上，位于支撑套的左右，第一阶梯轴和第二阶梯轴两端分别通过第一轴承、第二轴承与第一轴承座、第二轴承座连接；第一轴承座和第二轴承座固定安装于第二底板上。
5.根据权利要求4所述的智能化三维立体扫描仪云台，其特征在于，所述第二连杆的槽为腰型孔。
6.根据权利要求1所述的智能化三维立体扫描仪云台，其特征在于，所述轴整体旋转部分包括第三步进电机、第三底板、上端盖、底部主轴、第三联轴器、定轴、第二推力轴承和底座；第三步进电机位于上端盖上方与上端盖连接，上端盖固定于第三底板上，第三步进电机还通过第三联轴器与定轴相连，定轴通过第二推力轴承支撑于基座上，基座则和三角支架相连接。
7.根据权利要求1所述的智能化三维立体扫描仪云台，其特征在于，所述控制部分由电源和步进电机驱动模块组成，电源为步进电机驱动模块供电，用于实现各步进电机的智能驱动。
8.根据权利要求3、4或6所述的智能化三维立体扫描仪云台，其特征在于，所述第一联轴器、第二联轴器和第三联轴器为弹性联轴器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180109 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |