CN108931205B - 一种三维扫描系统及扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三维扫描系统及扫描方法，其中，三维扫描方法包括设置一转盘，选择设定长度、设定高度、设定角度的支撑结构，将三维扫描模块设置在支撑结构上，并对准转盘；三维扫描模块判断与转盘的距离和角度，计算图像采集单元的内外参数，选择对应的标定文件；在转盘上放置待测物体，开始扫描，三维扫描模块对待测物体进行拍摄，生成三维点云；转盘在X轴平面上旋转固定角度，三维扫描模块对待测物体进行拍摄，生成X轴三维点云；转盘在Y轴上摆动固定角度，三维扫描模块对待测物体进行拍摄，生成Y轴三维点云；将X轴平面拍摄到的三维点云与Y轴拍摄到的三维点云进行融合，形成待测物体的三维数据。其优点在于，操作更方便，扫描无死角。

Description

一种三维扫描系统及扫描方法

技术领域

本发明涉及扫描仪技术领域，尤其涉及一种三维扫描系统及扫描方法。

背景技术

随着扫描技术的发展，目前，市面上已有对物件进行立体扫描的三维扫描系统。常见的三维扫描模块为桌面级三维扫描模块，固定式三维扫描模块，以及手持式三维扫描模块。

其中，桌面级三维扫描模块搭配的转台一般只是单轴转动，即在同一个水平面上转动，这就导致待测物体所扫出来的数据存在死角，数据缺失，现在常用的解决办法为通过调整待测物体的摆放角度，来进行数据采集的补充。但是这种方法存在两个弊端：1.扫描效率低，需要花费更多的时间来扫描；2.扫描所拼接的数据可能存在拼接出错的概率，导致误差。

而固定式三维扫描模块虽然可以通过调整距离来调整幅面与精度，但是每次调整之后都需要进行重新标定，而且对于待测物体需要手动去旋转，由于每次调整距离都不固定，所以参数会变化，这意味着没办法通过全自动的方式来进行扫描，一般需要很多的人工干预，手动旋转或这移动扫描仪进行扫描。而且在扫描过程中依然会存在多个死角，需要手动调整待测物体。

相对而言，手持设备的人工干预最多，无法做到全自动扫描，且精度单一，每次扫描需要进行标定，扫描不同的物体需要不同种的设备。

如专利名称：一种智能3D扫描仪(专利号：2016209691211)，该专利公开了的扫描仪包括连接支架、载物托盘、电源开关、光敏传感器和控制面板，载物托盘内部安装有旋转托盘，使载物托盘可以旋转，但单轴固定的扫描方式使扫描仪无法扫描到物体的顶部，从而存在扫描死角，影响扫描效果，且扫描仪与载物托盘的距离恒定，无法改变。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种三维扫描系统及三维扫描方法，解决了现有扫描仪与转盘之间的距离恒定，无法改变的问题，同时解决了单轴固定的扫描方式使扫描仪无法扫描到物体的顶部，存在扫描死角的问题，提高了扫描精度和扫描效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种三维扫描方法，其包括：

设置一转盘，选择设定长度、设定高度、设定角度的支撑结构，将三维扫描模块设置在所述支撑结构上，并对准转盘；

所述三维扫描模块判断与所述转盘的距离和角度，计算图像采集单元的内外参数，选择对应的标定文件；

在所述转盘上放置待测物体，开始扫描，三维扫描模块对待测物体进行拍摄，生成三维点云；

所述转盘在X轴平面上旋转固定角度，三维扫描模块对待测物体进行拍摄，生成下一幅三维点云，直至所述转盘在X轴平面上旋转360°；

所述转盘在Y轴上摆动固定角度，所述三维扫描模块对待测物体进行拍摄，生成下一幅三维点云；

将X轴平面拍摄到的三维点云与Y轴拍摄到的三维点云进行融合，形成待测物体的三维数据。

优选地，所述支撑结构包括高度组件、水平组件和角度调节机构，所述角度调节机构设置于所述高度组件和所述水平组件的连接处，所述角度调节机构包括多个固定角度，所述方法包括，

所述角度调节机构的固定角度与图像采集单元的内外参数一一对应。

优选地，所述水平组件包括多个不同设定长度的水平支杆，所述水平支杆一端与所述转盘相连接，另一端与所述高度组件转动连接，所述方法包括，

所述水平支杆的设定长度与图像采集单元的内外参数一一对应。

优选地，所述高度组件包括多个不同设定高度的高度支杆，所述高度支杆一端与所述三维扫描模块相连接，另一端与所述水平组件转动连接，所述方法包括，

所述高度支杆的设定高度与图像采集单元的内外参数一一对应。

作为本发明的另一个方面，本发明进一步提供一种三维扫描系统，包括：

转盘，用于放置待测物体，包括带动所述转盘作X轴平面转动的转动机构和带动所述转盘作Y轴转动的摆动机构；

三维扫描模块，用于对待测物体进行图像采集，包括图像采集单元、光束发射单元和距离判断单元；

支撑机构，用于连接所述转盘和所述三维扫描模块，使所述转盘和所述三维扫描模块具有多个不同距离和角度；其中，所述距离判断单元根据所述支撑机构设置的与所述转盘与所述三维扫描模块之间的距离和角度计算所述图像采集单元的内外参数，选定对应的标定文件。

优选地，所述支撑机构包括高度组件、水平组件和角度调节机构，所述角度调节机构设置于所述高度组件和所述水平组件的连接处，所述角度调节机构包括多个固定角度。

优选地，所述水平组件包括多个不同设定长度的水平支杆，所述水平支杆一端与所述转盘相插接，另一端与所述高度组件转动连接。

优选地，所述高度组件包括多个不同设定高度的高度支杆，所述高度支杆一端与所述三维扫描模块相插接，另一端与所述水平组件转动连接。

优选地，所述转盘设置于一安装座上，与所述安装座转动连接，所述转动机构设置于所述安装座中，与所述转盘相连接，带动所述转盘转动；所述安装座设置于一支撑座上，所述安装座与所述支撑座转动连接；

所述摆动机构包括摆动电机，所述摆动电机的一端与所述支撑座相连接，另一端与所述安装座相连接，通过转动摆动电机带动所述安装座以及所述转盘摆动固定角度。

优选地，所述摆动电机包括本体和输出轴，所述输出轴与所述支撑座相连接，所述本体位于所述安装座中，与所述安装座相连接，所述支撑座与所述输出轴对应位置设有限位槽，所述输出轴位于所述限位槽中，所述限位槽中设有限制所述输出轴转动的限位面。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)通过设置支撑机构，可由用户选择适合的三维扫描模块与转盘之间的距离和角度，从而选择生成的扫描模型的精度，由用户选择距离和角度后，三维扫描模块可判断与转盘的距离和角度，预设的中的某一距离和角度，而后选择对应的预设标定文件，避免了用户改变三维扫描模块和转盘之间的距离之后需要重新标定的问题；

(2)同时，设置了转动机构和摆动机构，使转盘不仅可以在X轴平面上转动，还可在Y轴上摆动，使三维扫描模块可扫描到待测物体的顶部，避免出现扫描死角的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例的三维扫描方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例的三维扫描系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例的支撑座的结构示意图；

图4为本发明一实施例的支撑座的另一角度结构示意图；

图5为本发明一实施例的转盘及安装座的爆炸结构示意图；

图6为本发明一实施例的转盘及安装座的另一角度的爆炸结构示意图；

图7为本发明一实施例的第一连接端的结构示意图；

图8为本发明一实施例的第一连接端的另一角度的结构示意图；

图9为本发明一实施例的第二连接端的结构示意图；

图10为本发明一实施例的第二连接端的另一角度的结构示意图；

图11为本发明一实施例的水平支杆的结构示意图；

图12为本发明一实施例的三维扫描模块安装台的结构示意图；

图13为本发明一实施例的三维扫描模块底部结构示意图；

图14为本发明一实施例的转盘及安装座的剖面结构示意图；

图中：

10、转盘；11、转动机构；111、转动电机；112、转动齿轮；113、传动齿轮；114、通孔；115、环形凸台；12、摆动机构；121、摆动电机；122、本体；123、输出轴；124、摆角限位机构；1241、触发件；1242、触发开关；1243、电路板；1244、双头塑料铆钉；13、插接机构；131、插块；132、插槽；

20、安装座；21、安装圆盘；22、安装槽；23、固定柱；231、环形台阶；232、耐磨圈；233、凹槽；24、辅助机构；241、辅助支撑面；242、辅助支撑柱；243、辅助轮；244、辅助转轴；245、定位槽；246、加强筋；

30、支撑座；31、限位槽；311、限位面；32、转动轴；33、支撑端；

40、高度组件；41、第二插接机构；411、第二连接杆；42、第二通槽；

50、水平组件；51、第一插接机构；511、第一安装槽；512、第一连接杆；513、凸筋；52、第一通槽；

60、角度调节机构；61、第一连接部；62、第二连接部；63、角度定位机构；631、卡位槽；632、定位弹珠；64、连接端；641、壳体；642、锁紧机构；643、面板；65、空腔；66、限位机构；661、限位腔；662、限位块；67、连接机构；671、连接轴；672、连接槽；673、橡胶防磨垫圈；68、转接板；69、USB插孔；

70、三维扫描模块；71、相机；72、投影仪；73、三维扫描模块安装台；731、磁吸装置；732、磁吸件；74、定位机构；741、定位凸台；742、定位凹槽；743、定位柱。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参看附图之图1至图13，根据本发明的实施例的三维扫描系统及三维扫描方法将在接下来的描述中被阐明，其中三维扫描方法解决了三维扫描模块距离角度不变以及存在扫描死角的问题，方便用户自主选择操作，优化扫描效果。

本发明实施例中，在进行三维扫描时，三维扫描模块向转盘发射光束，该光束在转盘上形成光斑，依据拍摄到的图像中的光斑，判断三维扫描模块与转盘之间的距离和角度为设定距离和预设角度中的哪一个，通过计算图像采集单元的内外参数确定为预设距离和预设角度，从而选择对应的标定文件，无需用户自行标定。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，其显示了根据本发明的一个优选实施例的三维扫描方法，包括：

设置一转盘10，选择一设定长度、设定高度、设定角度的支撑结构，将三维扫描模块70设置在所述支撑结构上，并对准转盘10；

所述三维扫描模块70判断与所述转盘10的距离和角度，计算图像采集单元的内外参数，选择对应的标定文件；

在所述转盘10上放置待测物体，开始扫描，三维扫描模块70对待测物体进行拍摄，生成三维点云；

所述转盘10在X轴平面上旋转固定角度，三维扫描模块70对待测物体进行拍摄，生成下一幅三维点云，直至所述转盘10在X轴平面上旋转360°；

所述转盘10在Y轴上摆动固定角度，所述三维扫描模块70对待测物体进行拍摄，生成下一幅三维点云；

将X轴平面拍摄到的三维点云与Y轴拍摄到的三维点云进行融合，形成待测物体的三维数据。

在三维扫描模块70中预设标定文件，而后将多个不同距离和角度对应的图像采集单元的内外参数输入预设标定文件，而后生成与目前选择的距离和角度对应的标定文件。

优选地，所述支撑结构包括高度组件40、水平组件50和角度调节机构60，所述角度调节机构60设置于所述高度组件40和所述水平组件50的连接处，可通过改变高度组件40和水平组件50之间的角度从而改变三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度，因此，所述角度调节机构60包括多个固定角度，所述方法包括，所述角度调节机构60的固定角度与图像采集单元的内外参数一一对应。

另外，还可通过改变水平组件50的长度改变三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度，因此，所述水平组件50包括多个不同设定长度的水平支杆，所述水平支杆一端与所述转盘10相连接，另一端与所述高度组件40转动连接，所述方法包括，所述水平支杆的设定长度与图像采集单元的内外参数一一对应。

同时，还可通过改变高度组件40的长度改变三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度，因此，所述高度组件40包括多个不同设定高度的高度支杆，所述高度支杆一端与所述三维扫描模块70相连接，另一端与所述水平组件50转动连接，所述方法包括，所述高度支杆的设定高度与图像采集单元的内外参数一一对应。

三维扫描模块70判断三维扫描模块70与转盘10之间的距离与角度的方法为现有技术。下面，以举例的方式描述标定过程：

选择第一设定长度、第一设定高度和第一设定角度的支撑结构，启动三维扫描模块70，在转盘10上放置标定板，三维扫描模块70中的光束发射单元向转盘10投射光束，该光束为可见光，能够在转盘10上形成光斑，光束发射单元可以向转盘10发射一束光束，此时，发射的光束可以在转盘10上形成一个光斑，该光束发射模块也可以同时向转盘10发射多束光束，此时，发射的光束可以在转盘10上形成多个光斑。

而后三维扫描模块70中的图像采集单元对转盘10拍摄多幅图像，对多幅图像的标记点进行识别，而后控制转盘10继续转动，重复拍摄过程，标记点形成扫描图像序列，计算图像采集单元的内外参数，与预设的内外参数对应，判断目前三维扫描模块70与转盘10之间的距离为第一设定长度、第一设定高度和第一设定角度，从而将相关参数输入预设标定文件，从而获得对应的标定文件，完成标定。

当将三维扫描模块70和转盘10之间从第一设定长度到第二设定长度，三维扫描模块70感应到距离变化，重复上述流程，计算图像采集单元的内外参数，判断目前三维扫描模块70与转盘10之间的距离为第二设定长度、第一设定高度和第一设定角度，从而将相关参数输入预设标定文件，从而获得对应的标定文件，等待开始扫描。

另一种判断三维扫描模块70与转盘10之间距离和角度的方式如下所示，所述支撑结构包括高度组件40、水平组件50和角度调节机构60，所述角度调节机构60设置于所述高度组件40和所述水平组件50的连接处，可以在水平组件50、高度组件40以及角度调节机构60中设置传感器，通过传感器判断三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度，从而将指令发送至三维扫描模块70，计算图像采集单元的内外参数，并输入至预设标定文件，获得对应的标定文件，等待开始扫描。

更具体地说，设置传感器的方式有如下几种：

第一种传感器的设置方式为，水平组件50和高度组件40转动连接，角度调节机构60设置在水平组件50和高度组件40之间的连接处，角度调节机构60内设有检测水平组件50和高度组件40之间的夹角的角度传感器，水平传感器在角度调节机构60上，朝向转盘10设置，用于检测水平组件50的长度，高度传感器设置在角度调节机构60上，朝向三维扫描模块70设置，用于检测高度组件40的长度，从而判断三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度，值得注意的是，该种传感器为直接测量，传感器的设置位置还可以在转盘10或者三维扫描模块70上，通过激光测距或其他测距方式判断转盘10与三维扫描模块70之间的距离和角度，并将检测结果发送至三维扫描模块70，从而计算出对应参数，并输入值预设标定文件，获得对应的标定文件。

第二种传感器的设置方式为，水平组件50与转盘10相插接，高度组件40与三维扫描模块70相插接，高度组件40和水平组件50分别与角度调节机构60相插接，从而实现转动连接，角度调节机构60内设有第一触发传感器，不同角度的触发信号不同，水平组件50内设有第二触发传感器，不同长度的水平组件50的触发信号不同，高度组件40内设有第三触发传感器，不同长度的高度组件40的触发信号不同，第一触发传感器通过转动至设定角度触发，并将触发信号发送至三维扫描模块70，第二触发传感器和第三触发传感器通过插入触发，并将触发信号发送至三维扫描模块70，三维扫描模块70接收各触发信号后，判断三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度。

当标定完成之后，在转盘10上放置待测物体，三维扫描模块70开始扫描。三维扫描模块70中的光束发射单元对待测物体发射光束，在待测物体上形成光斑，光束发射单元可以向转盘10发射一束光束，此时，发射的光束可以在转盘10上形成一个光斑，该光束发射模块也可以同时向转盘10发射多束光束，此时，发射的光束可以在转盘10上形成多个光斑，图像采集模块包括左右两个相机71，此时，左右两个相机71同时拍摄图像，根据左右两个相机71计算待测物体的空间位，根据图像差生成三维点云，该角度的待测物体拍摄完毕后，控制转盘10在X轴平面上转动，转至固定角度后停止，重复上述流程，直至转盘10转动360°，此时，基于待测物体生成多幅三维点云，根据现有的ICP点云拼接拟合算法将多幅三维点云进行融合拼接，形成X轴三维点云，而后，控制转盘10在Y轴上转动，转动至固定角度后，三维扫描模块70中的光束发射单元对待测物体发射光束，在待测物体上形成光斑，光束发射单元可以向转盘10发射一束光束，此时，发射的光束可以在转盘10上形成一个光斑，该光束发射模块也可以同时向转盘10发射多束光束，此时，发射的光束可以在转盘10上形成多个光斑，图像采集模块包括左右两个相机71，此时，左右两个相机71同时拍摄图像，根据左右两个相机71计算待测物体的空间位，根据图像差生成Y轴三维点云，再根据拼接拟合算法将X轴三维点云与Y轴三维点云进行融合，形成完成的待测物体的三维点云，最后将得到的三维点云网格化，并进行破面修补和细节优化，导出所需格式的数据，完成扫描。

另一方面，为实现上述三维扫描方法，如附图2所示，本发明提供一种三维扫描系统，其包括：

转盘10，用于放置待测物体，包括带动所述转盘10作X轴平面转动的转动机构11和带动所述转盘10作Y轴转动的摆动机构12；

三维扫描模块70，用于对待测物体进行图像采集，包括图像采集单元、光束发射单元和距离判断单元；

支撑机构，用于连接所述转盘10和所述三维扫描模块70，使所述转盘10和所述三维扫描模块70具有多个不同距离和角度；其中，所述距离判断单元根据所述支撑机构设置的与所述转盘10与所述三维扫描模块70之间的距离和角度计算所述图像采集单元的内外参数，选定对应的标定文件。

图像采集单元包括左右两个相机71，光束发射单元可以为激光发射器、投影仪72等，距离判断单元可以用软件实现，依据拍摄的图像判断三维扫描模块70与转盘10之间的距离，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，距离判断单元可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，也可被构建为对象、过程或函数。判断方法如上文所述，在此不再赘述。同时，距离判断单元还可通过硬件结构对三维扫描模块70与转盘10之间的距离进行判断，更具体地说，距离判断单元包括若干传感器，通过传感器检测三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度，并将检测数据发送至距离判断单元，以获取对应的标定文件。

在同一精度的图像采集单元的拍摄下，三维扫描模块70与转盘10之间的距离决定了待测物体的扫描精度，距离越近，精度越高，所述支撑机构包括高度组件40、水平组件50和角度调节机构60，所述角度调节机构60设置于所述高度组件40和所述水平组件50的连接处，而改变三维扫描模块70和转盘10之间的距离与角度的方式有多种

第一种为，通过改变高度组件40和水平组件50之间的夹角改变距离与角度，因此，所述角度调节机构60包括多个固定角度，并在三维扫描模块70中预设与这些角度对应的参数；

第二种为，通过改变水平组件50的长度来改变距离与角度，因此，所述水平组件50包括多个不同设定长度的水平支杆，所述水平支杆一端与所述转盘10相插接，另一端与所述高度组件40转动连接，在实际操作时，厂家提供多种长度的水平支杆，并在三维扫描模块70中预设与这些长度对应的参数，用户可选择所需长度的水平支杆，并将水平支杆分别与转盘10和高度组件40插接，从而改变三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度；

第三种为，通过改变高度组件40的长度来改变距离与角度，因此，所述高度组件40包括多个不同设定高度的高度支杆，所述高度支杆一端与所述三维扫描模块70相插接，另一端与所述水平组件50转动连接，在实际操作时，厂家提供多种长度的高度支杆，并在三维扫描模块70中预设与这些长度对应的参数，用户可选择所需长度的水平支杆，并将高度支杆分别与三维扫描模块70和水平组件50插接，从而改变三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度。

值得注意的是，在实际应用中，上述三种方式可以任意组合，可以仅有其中一种方式，也可以是其中两种方式的两两组合，也可以包含三种方式，均属于本发明的保护范围。高度组件40和水平组件50可为相同结构。

作为本发明的一个实施例，如附图3至图6所示，转盘10设置于一安装座20上，转盘10与所述安装座20在X轴平面上转动连接，安装座20设置于一支撑座30上，安装座20与支撑座30在Y轴上转动连接。

如图3、图4、图7、图9、图10、图11、图12所示，在上述调节三维扫描模块70与转盘10之间的距离的方式中，水平组件50与转盘10之间的连接方式为插接，水平支杆与转盘10之间设有第一插接机构51，所述第一插接机构51包括第一安装槽511、第一连接杆512以及第一锁紧组件，所述第一连接杆512位于所述第一安装槽511中并通过所述第一锁紧机构642与所述水平支杆相固接。更具体地说，第一连接杆512可以设置在与转盘10连接的支撑座30上，与支撑座30为一体结构；也可以设置在水平支杆上，与水平支杆为一体结构；也可以是独立机构，一端插入支撑座30或水平支杆中，另一端露出，以待后续插入第一安装槽511中；对应的，第一安装槽511可以设置在水平支杆或支撑座30上，第一锁紧组件可以为锁紧螺丝，穿过水平支杆或支撑座30锁紧第一连接杆512。由于水平组件50和高度组件40转动连接，角度调节机构60设置在两者的连接处，因此，水平支杆一端与支撑座30相连接，另一端与角度调节机构60相连接，水平支杆与角度调节机构60的连接方式可以采用第一插接机构51，如上文所述。

另外，高度组件40与三维扫描模块70之间设有第二插接机构41，所述第二插接机构41包括第二安装槽、第二连接杆411以及第二锁紧组件，所述第二连接杆411位于所述第二安装槽中并通过所述第二锁紧机构642与所述高度支杆相固接。更具体地说，第二连接杆411可以设置在用于安装三维扫描模块70的三维扫描模块安装台73上，与三维扫描模块安装台73为一体结构；也可以设置在高度支杆上，与高度支杆为一体结构；也可以是独立机构，一端插入支撑座30或高度支杆中，另一端露出，以待后续插入第二安装槽中；对应的，第二安装槽可以设置在高度支杆或三维扫描模块安装台73上，第二锁紧组件可以为锁紧螺丝，穿过高度支杆或三维扫描模块安装台73锁紧第二连接杆411。同时，如上文所示，水平组件50和高度组件40转动连接，角度调节机构60设置在两者的连接处，高度支杆一端与三维扫描模块安装台73相连接，另一端与角度调节机构60相连接，高度支杆与角度调节机构60的连接方式可以采用第二插接机构41，如上文所述。

另外，值得注意的是，不同尺寸的水平支杆和/或高度支杆可以为一体式支杆，也可以是多个支杆拼接在一起的组合支杆，由支杆的数量决定水平支杆和/或高度支杆的尺寸。当水平支杆和/或高度支杆为一体式支杆时，触发传感器可以设置在水平支杆和/或高度支杆的两端，用于检测某一尺寸的水平支杆和/或高度支杆是否被使用；当水平支杆和/或高度支杆为多个支杆拼接在一起的组合支杆时，触发传感器设置支杆的两端，通过检测支杆的数量来判断水平支杆和/或高度支杆的长度，上述两种实现方式或近似的实现方式均属于本发明的保护范围。第一安装槽511和第二安装槽内分别设有凸筋513，方便第一连接杆512和第二连接杆411插拔。

如图2、图7至图10所示，角度调节机构60设置在水平组件50和高度组件40之间的连接处，为了实现角度调节，所述角度调节机构60包括与所述高度组件40相连接的第一连接部61，与所述水平组件50相连接的第二连接部62，所述第一连接部61与所述第二连接部62转动连接，如上文所示，第一连接部61与高度组件40之间通过第二插接机构41连接，第二连接部62与水平组件50之间通过第一插接机构51连接。同时，为了实现转动固定角度，方便三维扫描模块70内预设参数，所述第一连接部61和所述第二连接部62之间设有角度定位机构63，使第一连接部61和第二连接部62转动至固定角度时停止定位，而后三维扫描模块70进行标定，当然，角度定位机构63包括多个固定角度，如附图7、8所示，包括两个卡位槽631，值得注意的是，附图7、8中所示的两个卡位槽631为本发明的一个实施例，不能视为对本发明固定角度的数量限制，固定角度还可以有3、4、5、6等多个，并在三维扫描模块70中设置对应的预设参数。

更具体地说，如附图7至图10所示，角度调节机构60包括设置所述第一连接部61和所述第二连接部62中的一者上的卡位槽631，和设置在另一者上的定位弹珠632，所述定位弹珠632与所述定位槽相适配，所述定位弹珠632包括弹性件(未画出)和定位珠，所述弹性件具有在所述第一连接部61与所述第二连接部62相对转动时被所述定位珠压缩的第一状态和定位珠与所述卡位槽631对准时伸展将定位珠推入所述卡位槽631的第二状态。通过定位珠卡入卡位槽631使高度组件40和水平组件50固定在当前的固定角度，当用户需要变化固定角度时，可通过转动高度组件40，定位珠表面圆滑，可在第一连接部61转动时内缩，弹性件收缩，直至转动至下一卡位槽631对应的固定角度，定位珠的一侧未受力，被弹性件推入卡位槽631中，完成定位。

而为了提示用户角度调节机构60已转至某一固定角度且定位完成，角度定位机构63还包括提示机构，提示机构有多种形式，一种为通过提示灯(未画出)实现，所述提示机构包括设置在所述卡位槽631中的提示灯，所述定位珠位于所述卡位槽631中时按下所述提示灯的开关使所述提示灯亮起，当提示灯设置在角度调节机构60内部时，为了使提示灯的光亮可透出被用户看到，所述卡位槽631设置在所述连接端64的内侧，所述连接端64包括壳体641，所述壳体641包括锁紧机构642和面板643，所述面板643为透明材料或半透明材料制成，壳体641也提到保护连接端64的作用，因此，在未采用提示灯的实施例中，连接端64上也可采用壳体641式结构，更具体地说，所述锁紧机构642包括锁紧螺丝，所述锁紧螺丝穿过所述壳体641上的锁紧孔与所述连接端64相连接，同时，为了方便面板643安装，所述壳体641上设有与所述面板643相适配的嵌槽。

另一种为通过声音实现，所述卡位槽631为通槽，其后设有空腔65，因此定位珠在弹性件的作用下被推入卡位槽631时具有一定速度，与卡位槽631的壁在碰撞时会发出声音，由于卡位槽631为通槽，其后设有空腔65，空腔65可对该声音起到放大作用，使用户可听到提示音，从而明确角度调节机构60已转动到位。

同时，为了防止高度组件40转动角度过大或过小，影响扫描效果，如附图5、图6所示，所述第一连接部61和第二连接部62之间设有限位机构66，所述限位机构66包括限位腔661和限位块662，所述限位块662设置在所述第一连接部61和所述第二连接部62之间的一者上，所述限位腔661设置在另一者上，所述限位块662在所述限位腔661中移动直至碰触到所述限位腔壁，当限位块662碰触到限位腔661壁后，角度调节机构60不可再沿原有转动方向转动，提示用户角度过大或过小。

如附图7至图10所示，为实现第一连接部61与第二连接部62之间的转动，所述第一连接部61包括两个连接端64，所述第二连接部62位于两个所述连接端64之间，所述第一连接部61和所述第二连接部62之间设有连接机构67，所述连接机构67包括连接轴671和连接槽672，所述连接轴671在所述连接槽672中转动以带动所述第一连接部61相对所述第二连接部62转动。连接轴671可以设置在第一连接部61上，对应的，连接槽672设置在第二连接部62；或者，连接轴671设置在第二连接部62上，对应的，连接槽672设置在第一连接部61上。同时，连接轴671可以与第一连接部61或第二连接部62为一体式结构，也可以是分体式结构，一端设置在第一连接部61内或第二连接部62内，另一端露出，设置于连接槽672中。同时，为了防止转动过程中，连接轴671与连接槽672之间产生相对摩擦，导致连接轴671或连接槽672磨损，轴心偏移，连接槽672中内有橡胶防磨垫圈673，连接轴671设置于橡胶防磨垫圈673中，或者说，连接轴671上套设有橡胶防磨垫圈673，而后橡胶防磨垫圈673设置于连接槽672中。

如上文所述，高度组件40和水平组件50与角度调节机构60之间采用插接的方式，而转盘10与三维扫描模块70之间可采用无线通讯连接，也可采用有线电连接，因此，当转盘10与三维扫描模块70之间采用有线电连接时，为了方便高度组件40或水平角度的更换，且实现电线的内置隐藏，如附图3至图12所示，所述水平组件50内设有第一通槽52，所述高度组件40内设有第二通槽42，所述水平组件50和所述高度组件40之间的连接处设有转接板68，所述第一通槽52内设有与所述转接板68插接的第一线缆组，所述第二通槽42内设有与所述转接板68插接的第二线缆组，所述第一线缆组连接与所述转盘可拆卸电连接，所述第二线缆组与所述三维扫描模块70可拆卸电连接。通过设置在角度调节机构60内的转接板68，连接转盘10与三维扫描模块70之间的连接电线，当需要更换水平组件50时，可将水平组件50拆下，同时拔下第一线缆组，选择适合的新的水平组件50后，将第一线缆组穿过第一通槽52，与转接板68或转盘10插接，而后将新的水平组件50与转盘10和角度调节机构60相连接；另外，当需要更换高度组件40时，可将高度组件40拆下，同时拔下第二线缆组，选择适合的新的高度组件40后，将第二线缆组穿过第二通槽42，与转接板68或三维扫描模块70插接，而后将新的高度组件40与三维扫描模块70和角度调节机构60相连接。

另外，如附图9所示，角度调节机构60背面设有用于外接的USB插孔69和插接孔，使用户可将三维扫描模块70的数据导入或导出，USB插孔69和插接孔与转接板68电连接。

如上文所述，高度组件40内的第二线缆组与三维扫描模块70插接，为了便于更换和维修三维扫描模块70，三维扫描模块70设置在三维扫描模块安装台73上，且与三维扫描模块安装台73可拆卸连接。为了提高拆装效率，三维扫描模块70与三维扫描模块安装台73之间通过磁吸相连接，更具体地说，如附图12、附图13所示，所述三维扫描模块安装台73和所述三维扫描模块70中的一者上设有磁吸装置731，另一者对应位置设有与所述磁吸装置731对应的磁吸件732。磁吸装置731可以为磁铁，磁吸件732可以为铁片，磁吸装置731可以设置在三维扫描模块安装台73上，对应的，磁吸件732设置在三维扫描模块70上；也可以设置在三维扫描模块70上，对应的，磁吸件732设置在三维扫描模块安装台73上。

同时，为了防止磁吸装置731移位影响扫描，如附图12、附图13所示，所述三维扫描模块安装台73和所述三维扫描模块70之间设有定位机构74，所述定位机构74包括定位凸台741和定位凹槽742，所述定位凸台741和所述定位凹槽742中的一者设置在所述三维扫描模块安装台73上，另一者设置在所述三维扫描模块70上；更具体地说，定位凸台741可以设置在三维扫描模块安装台73上，对应的，定位凹槽742设置在三维扫描模块70上；也可以设置在三维扫描模块70上，对应的，定位凹槽742设置在三维扫描模块安装台73上。另外，磁吸装置731可以设置在定位凸台741的顶面，对应的，磁吸件732设置在定位凹槽742的底部上；或者，也可以设置在定位凹槽742的底部，对应的，磁吸件732设置在定位凸台741的顶面上。为了提高定位效果，如附图12、附图13所示，磁吸装置731的数量为一个，所述定位凸台741的数量为多个，所述定位凹槽742的数量与所述定位凸台741的数量对应。另外，定位机构74的周围还可设置定位柱743和定位孔，从而进一步稳定三维扫描模块70。

如附图5、图6所示，本发明一实施例的转盘10，包括：

转盘10，用于承载物体；

安装座20，设置在所述转盘10下方，与所述转盘10转动连接；

转动机构11，设置与所述安装座20中，与所述转盘10相连接，带动所述转盘10转动；

摆动机构12，与所述安装座20相连接，带动所述转盘10摆动；

支撑座30，与所述安装座20转动连接，其中，所述摆动机构12包括摆动电机121，所述摆动电机121的一端与所述支撑座30相连接，另一端与所述安装座20相连接，通过转动摆动电机121带动所述安装座20以及所述转盘10摆动设定角度。摆动电机121的转动更缓和，避免了转盘10在Y轴上摆动时转盘10上的物体移位，从而影响扫描准确性。

摆动电机121包括本体122和输出轴123，其安装方式有多种，其中一种为，所述输出轴123与所述安装座20相固接，所述本体122位于所述支撑座30中，所述输出轴123转动以带动所述安装座20以及所述转盘10摆动设定角度，本体122保持不动，通过输出轴123带动所述安装座20和转盘10转动。还有一种为，所述输出轴123与所述支撑座30相连接，所述本体122位于所述安装座20中，与所述安装座20相连接，所述支撑座30与所述输出轴123对应位置设有限位槽31，所述输出轴123位于所述限位槽31中，所述限位槽31中设有限制所述输出轴123转动的限位面311，本体122输出动力，但由于输出轴123被限制了转动，因此只能本体122自身转动，从而带动安装座20和转盘10转动，该种安装方式使转动电机111和摆动电机121可放置在一起，从而缩小了安装座20和支撑座30的体积，使整个三维扫描模块70的体积更小，结构更紧凑；同时，由于转动的本体122位于安装座20内，转动面更大，更容易带动安装座20摆动，摆动也更平稳。

为了进一步缩小安装座20的体积，所述安装座20包括安装圆盘21和向下延伸的安装槽22，所述安装槽22与所述支撑座30的两个支撑端33对应设置，所述支撑座30和所述安装座20之间设有转动轴32，转动轴32和输出轴123分别位于两个支撑端33上，所述转动轴32与所述输出轴123同心设置，使转盘10和安装座20在Y轴摆动时不会晃动、偏心。同时，所述安装座20上设有供所述转动轴32穿过的通孔114，为了防止转动轴32磨损，所述通孔114与所述转动轴32之间设有防磨垫圈，摆动电机121和转动电机111和设置在向下延伸的安装槽22中，且摆动电机121的本体122与安装槽22相适配，本体122的侧面与安装槽22的内壁贴合，或在安装槽22的内部设置与本体122相适配的固定位，将本体122嵌入固定位中，使本体122在转动时带动安装座20一起转动，实现转盘10在Y轴上的转动。

另外，如附图5所示，所述转动机构11包括转动电机111和转动齿轮112，所述转盘10背面设有与所述转动齿轮112相啮合的传动齿轮113，所述传动齿轮113与所述转盘10同心设置。转动电机111转动，设置在转动电机111转轴上的转动齿轮112转动，从而带动与其啮合的传动齿轮113，传动齿轮113位于安装座20内，可相对于安装座20在X轴平面上转动，传动齿轮113与转盘10相连接，且同心设置，将转动同步传至转盘10，实现转盘10在X轴平面上的转动。为了方便传动齿轮113与转盘10的连接，所述转盘10与所述传动齿轮113之间设有插接机构13，所述插接机构13包括插块131和插槽132，所述插块131位于所述插槽132中以带动所述转盘10随所述传动齿轮113转动，插块131与插槽132相适配。更具体地说，插块131可设置在转盘10背面，对应的，插槽132设置在传动齿轮113上；或者，插块131可设置在传动齿轮113上，对应的，插槽132设置在转盘10背面。如附图6所示，转盘10背面设有四个插块131，传动齿轮113的上表面对应设有四个插槽132，为了减轻转盘10重量，插块131为中空结构，同时，为了方便加工，插块131和插槽132均为周向均匀设置。值得注意的是，附图6所示的为转盘10背面设有四个插块131的示意图，插块131的数量不受附图所限，插块131的数量还可以为1、2、3、5、6等个，插块131的分布也可为非周向均匀，与插槽132对应即可；附图5所示为传动齿轮113上设有四个插槽132的示意图，插槽132的数量不受附图所限，插槽132的数量还可以为1、2、3、5、6等个，插槽132的分布也可为非周向均匀，与插块131对应即可。

传动齿轮113与安装座20之间转动连接，如附图14所示，为使传动齿轮113的转动更平稳，所述传动齿轮113中间设有通孔114，所述通孔114顶部设有环形凸台115，所述通孔114中设有与所述安装座20固定连接的固定柱23，所述固定柱23侧面设有环形台阶231，所述环形凸台115与所述环形台阶231之间设有耐磨圈232，所述传动齿轮113套设在所述耐磨圈232上，绕所述固定柱23转动。固定柱23位于向下延伸的安装槽22中，设置在转动电机111和摆动电机121之间，为了进一步固定摆动电机121的本体122，固定柱23与本体122相对的侧面上设有凹槽233，本体122的尾部位于所述凹槽233中，电机本体122的上表面与所述凹槽233的上表面接触。

桌面级三维扫描模块70搭配的转台一般只是单轴转动，即在同一个水平面上转动，而转盘10转动一般依靠转轴带动，转轴设置在转盘10中心，有时放置的物体体积加大，重量分布不均，从而导致转盘10倾斜，影响扫描质量，因此，如附图5所示，围绕转盘10中心设置的若干辅助机构24，所述辅助机构24设置在所述转盘10底部，包括与所述转盘10的底部接触的辅助支撑面241以及连接辅助支撑面241和转盘10安装座20的辅助支撑柱242。转盘10在X轴平面转动时，设置在转盘10中心外侧的辅助机构24对转盘10起到支撑中，辅助支撑面241与转盘10的底部接触，防止转盘10上的物体重心偏离转盘10中心导致的转盘10倾斜。

辅助支撑面241有多种形式，可以为平面，也可以为弧面。由于平面与转盘10底面之间的滑动摩擦，摩擦系数较大，因此，作为本发明的优选实施方式，所述辅助支撑面241为辅助轮243的侧面，所述辅助轮243的一侧嵌入所述辅助支撑柱242中，另一侧与所述转盘10的底部接触，所述辅助轮243与所述辅助支撑柱242转动连接，将滑动摩擦转为滚动摩擦，在不影响转盘10X轴平面转动的情况下对转盘10起到辅助支撑的作用。为了方便辅助轮243安装，同时使辅助轮243滚动更稳定，所述辅助轮243上设有辅助转轴244，所述辅助支撑柱242上设有定位槽245，所述辅助转轴244穿过所述辅助轮243的中心位于所述定位槽245中。

而为了防止转盘10上物体过重导致辅助轮243受到的压力过大，从而使辅助支撑柱242和辅助轮243之间出现损伤，辅助轮243偏移歪斜，所述辅助支撑柱242与所述安装座20的内壁之间连接有加强筋246，使辅助轮243轴的安装更牢固稳定。

如附图5所示，为防止摆动机构12的摆角过大，置于转盘10上的物体移动，甚至掉落，摆动机构12包括摆角限位机构124，所述摆角限位机构124包括触发件1241以及触发开关1242，所述触发开关1242与所述摆动电机121相连接，所述安装座20和所述支撑座30中的一者上设有所述触发件1241，另一者上设有所述触发开关1242，所述安装座20摆动至设定角度时，所述触发件1241触发所述触发开关1242，所述触发开关1242控制所述摆动电机121停止摆动。

为了使安装座20的体积更小，内部结构更紧凑，安装座20在Y轴上摆动时，转动轴32相对于支撑座30静止，所述触发件1241设置在所述转动轴32上，所述转动轴32与所述支撑端33固定连接，所述触发开关1242设置在所述安装座20内，随所述安装座20摆动，使静止的触发件1241进入触发开关1242内，开关接通，摆动电机121停止工作，安装座20停止摆动。更具体地说，如附图5所示，所述触发开关1242设置在电路板1243上，所述电路板1243位于所述转动轴32上方，所述触发开关1242的数量为两个，分别位于所述转动轴32的两侧，使安装座20左右摆动时均可使触发开关1242被触发，所述触发件1241包括与所述触发开关1242数量对应的触发板，所述触发板位于所述触发开关1242下方并在所述触发开关1242随所述安装座20摆动时进入所述触发开关1242。触发开关1242的结构与闸刀开关近似，触发板结构与闸刀板近似。所述电路板1243与所述安装圆盘21的底部相固接，所述转动轴32、所述触发件1241以及所述触发开关1242位于所述安装槽22中，使安装座20的结构进一步缩小和紧凑。由于安装槽22和安装圆盘21之间存在落差，为了连接触发开关1242和电路板1243，所述触发开关1242通过双头塑料铆钉1244与所述电路板1243相连接。

依据上述结构，下面对本发明的三维扫描方法进行更具体的描述：

选择第一设定长度、第一设定高度和第一设定角度的支撑结构，启动三维扫描模块70，在转盘10上放置标定板，三维扫描模块70中的光束发射单元向转盘10投射光束，左右相机71拍摄多幅图像，对多幅图像的标记点进行识别，而后，三维扫描模块70对转动电机111发送信号，控制转盘10在X轴平面上转动，转动至一定角度，转盘10停止，重复上述拍摄识别过程，而后根据上述图像和标记点计算相机71的内外参数，判断三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度，而后对应生成标定文件，或者，传感器判断选择的水平组件50和高度组件40的长度以及角度调节机构60的固定角度，并将信号发送至三维扫描模块70，以判断三维扫描模块70与转盘10之间的距离和角度，计算相机71的内外参数，生成对应的标定文件，标定完成，开始扫描；

在转盘10上放置待测物体，三维扫描模块70开始工作，投影仪72对待测物体投射光栅，左右相机71同时对待测物体拍摄图像，根据左右相机71计算空间位，再根据图相差生成三维点云，而后，三维扫描模块70将信号发送至转动电机111，转动电机111带动转盘10转动一定角度后停止，左右相机71重复上述拍摄过程，直至转盘10转动360°，从而生成多幅三维点云，将多幅三维点云进行拼接融合形成X轴三维点云，而后，三维扫描模块70将信号发送至摆动电机121，摆动电机121向三维扫描模块70所在一侧转动，转盘10朝向三维扫描模块70摆动，将待测物体的顶端对三维扫描模块70露出，转盘10在Y轴上转动至固定角度，转动轴32上的触发板进入触发开关1242，触发开关1242控制摆动电机121停止工作，转盘10静止，光束发射单元对待测物体投射光栅，左右相机71同时拍摄图像，根据左右相机71计算空间位，根据图像差生成Y轴三维点云，必要时，可以将转盘10左右摆动固定角度，生成两个Y轴三维点云；而后将X轴三维点云和Y轴三维点云进行融合，融合算法为现有技术，在此不再赘述，形成待测物体的完整三维点云，而后将完整三维点云网格化，并进行破面修补和细节优化，生成三维模块，而后导出STL等所需格式的数据，结束扫描。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种三维扫描方法，其特征在于，包括：

设置一转盘，选择设定长度、设定高度、设定角度的支撑结构，将三维扫描模块设置在所述支撑结构上，并对准转盘；

所述三维扫描模块判断与所述转盘的距离和角度，计算图像采集单元的内外参数，选择对应的标定文件；

在所述转盘上放置待测物体，开始扫描，三维扫描模块对待测物体进行拍摄，生成三维点云；

所述转盘在X轴平面上旋转固定角度，三维扫描模块对待测物体进行拍摄，生成下一幅三维点云，直至所述转盘在X轴平面上旋转360°；

所述转盘在Y轴上摆动固定角度，所述三维扫描模块对待测物体进行拍摄，生成下一幅三维点云；

将X轴平面拍摄到的三维点云与Y轴拍摄到的三维点云进行融合，形成待测物体的三维数据。

2.如权利要求1所述的三维扫描方法，其特征在于，所述支撑结构包括高度组件、水平组件和角度调节机构，所述角度调节机构设置于所述高度组件和所述水平组件的连接处，所述角度调节机构包括多个固定角度，所述方法包括，

所述角度调节机构的固定角度与图像采集单元的内外参数一一对应。

3.如权利要求2所述的三维扫描方法，其特征在于，所述水平组件包括多个不同设定长度的水平支杆，所述水平支杆一端与所述转盘相连接，另一端与所述高度组件转动连接，所述方法包括，

所述水平支杆的设定长度与图像采集单元的内外参数一一对应。

4.如权利要求2所述的三维扫描方法，其特征在于，所述高度组件包括多个不同设定高度的高度支杆，所述高度支杆一端与所述三维扫描模块相连接，另一端与所述水平组件转动连接，所述方法包括，

所述高度支杆的设定高度与图像采集单元的内外参数一一对应。

5.一种三维扫描系统，其特征在于，包括：

转盘，用于放置待测物体，包括带动所述转盘作X轴平面转动的转动机构和带动所述转盘作Y轴转动的摆动机构；

三维扫描模块，用于对待测物体进行图像采集，包括图像采集单元、光束发射单元和距离判断单元；

支撑机构，用于连接所述转盘和所述三维扫描模块，使所述转盘和所述三维扫描模块具有多个不同距离和角度；其中，所述距离判断单元根据所述支撑机构设置的与所述转盘与所述三维扫描模块之间的距离和角度计算所述图像采集单元的内外参数，选定对应的标定文件。

6.如权利要求5所述的三维扫描系统，其特征在于，所述支撑机构包括高度组件、水平组件和角度调节机构，所述角度调节机构设置于所述高度组件和所述水平组件的连接处，所述角度调节机构包括多个固定角度。

7.如权利要求6所述的三维扫描系统，其特征在于，所述水平组件包括多个不同设定长度的水平支杆，所述水平支杆一端与所述转盘相插接，另一端与所述高度组件转动连接。

8.如权利要求6所述的三维扫描系统，其特征在于，所述高度组件包括多个不同设定高度的高度支杆，所述高度支杆一端与所述三维扫描模块相插接，另一端与所述水平组件转动连接。

9.如权利要求5所述的三维扫描系统，其特征在于，所述转盘设置于一安装座上，与所述安装座转动连接，所述转动机构设置于所述安装座中，与所述转盘相连接，带动所述转盘转动；所述安装座设置于一支撑座上，所述安装座与所述支撑座转动连接；

所述摆动机构包括摆动电机，所述摆动电机的一端与所述支撑座相连接，另一端与所述安装座相连接，通过转动摆动电机带动所述安装座以及所述转盘摆动固定角度。

10.如权利要求9所述的三维扫描系统，其特征在于，所述摆动电机包括本体和输出轴，所述输出轴与所述支撑座相连接，所述本体位于所述安装座中，与所述安装座相连接，所述支撑座与所述输出轴对应位置设有限位槽，所述输出轴位于所述限位槽中，所述限位槽中设有限制所述输出轴转动的限位面。