CN109489575A - 一种高自由度三维立体文物信息采集装置 - Google Patents

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王晓芬
苑鹏军
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Shijiazhuang Tiedao University
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Abstract

本发明提供一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其包括底座、竖直固定设置在所述底座上的第一液压缸、设置在所述第一液压缸轴上第一电机、通过第一连接架与所述第一电机输出轴连接的第二液压缸、固定设置在所述第二液压缸轴上的采集架、固定设置在所述采集架上的云台以及固定设置在所述云台上的图像采集装置，所述图像采集装置通过托架固定设置在所述第四电机轴上，所述托架上固定设置有两个以上的测距传感器，所述测距传感器、第一液压缸、第二液压缸、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均与PLC控制器相连接，其具有自动化程度高并且实现精确扫描的特点。

Description

一种高自由度三维立体文物信息采集装置
技术领域
本发明涉及文物信息采集领域，尤其是一种高自由度三维立体文物信息采集装置。
背景技术
三维测量技术在很多领域都得到了广泛应用，现有的三维测量技术包括有接触式测量和非接触式测量，非接触式测量是基于光学原理以计算机图形处理为主要手段的三维自由曲面非基础式测量技术，其特点是非接触无损伤高精度高速度以及易于在计算机控制下实行自动化测量，非接触测量对扫描物体无需进行任何表面处理，可直接采用物体表面的三维数据，数据采样率高，精度高，所采集的数据都是直接获取的数字信号，具有全数字特征，易于后期处理技术并且可与常用软件进行数据交换和共享。
文物是人类在历史发展过程中遗留下来的遗物、遗迹，各类文物从不同的侧面反映了各个历史时期人类的社会活动、社会关系、意识形态以及利用自然、改造自然和当时生态环境的状况，是人类宝贵的历史文化遗产。文物的保护管理和科学研究，对于人们认识自己的历史和创造力量，揭示人类社会发展的客观规律，认识并促进当代和未来社会的发展，具有重要的意义。
随着信息化的不断发展，数字化文物展览馆迎来了新的发展，其是指利用数字化手段，实现文物保存，陈列展示，科学研究和社会教育等功能，构筑虚拟文物的展览馆；利用数字技术，对文物（包括可移动文物和不可移动文物）信息进行全方位和多形式采集，标准化存储和加工，并通过网络连接和一系列相关规定，协议，实现文物信息的资源共享，有效利用和科学管理，数字化文物展览馆离不开文物三维扫描技术，其可以不损伤物体就能获得文物的外形尺寸、表面色彩文理得到三维数据，记录信息完整全面，不像照片那样仅仅是几个侧面的图像，利用这些采集到的信息构建的模型，可以长期保存、复制、供查询、传输、交流学习，使研究学习者可以在不接触文物的情况下，就可以直观的进行学习，具有传统照片无法比拟的优势。
现有的三维扫描技术大部分是人工采用手持便携的光学 CMM 3D 扫描仪进行扫描,抖动大,对扫描设备要求高,扫描图像精确度欠佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高自由度三维立体文物信息采集装置，自动化程度高并且实现精确扫描。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其包括底座、竖直固定设置在所述底座上的第一液压缸、设置在所述第一液压缸轴上的第一电机、通过第一连接架与所述第一电机输出轴连接的第二液压缸、固定设置在所述第二液压缸轴上的采集架、固定设置在所述采集架上的云台以及固定设置在所述云台上的图像采集装置，所述云台包括固定设置在采集架下侧的第二电机、通过第二连接架与所述第二电机轴相连接的第三电机以及通过第三连接架与所述第三电机轴相连接的第四电机，所述图像采集装置通过托架固定设置在所述第四电机轴上，所述托架上固定设置有两个以上的测距传感器，所述测距传感器、第一液压缸、第二液压缸、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均与PLC控制器相连接。
进一步的，所述底座上侧固定设置旋转支撑装置。
进一步的，所述旋转支撑装置包括固定设置在底座上的第五电机以及固定设置在第五电机轴上的缓冲装置。
进一步的，所述第五电机与PLC控制器连接。
进一步的，所述缓冲装置包括固定设置在第五电机轴上的底板以及通过两个以上的弹簧对应设置在底板上方的盖板。
进一步的，所述底座下侧固定设置万向轮。
进一步的，所述托架上固定设置补光灯。
进一步的，所述测距传感器型号采用LDM301。
进一步的，所述PLC控制器采用S-200。
进一步的，所述图像采集装置采用便携式光学 CMM 3D 扫描仪。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：
本发明通过设置的第一液压缸实现图像采集装置的升降，通过第二液压缸实现图像采集装置的横向平移，通过第一电机实现图像采集装置绕第一液压缸为圆心的旋转，实现了图像采集装置的自动位置调整。
本发明通过设置云台，实现了图像采集装置的多角度调整，通过第二电机实现图像采集装置绕Y轴方向转动，通过第三电机实现图像采集装置绕X轴方向转动，通过第四电机实现图像采集装置绕Z轴方向转动，随着文物形状的不断变化，图像采集装置随之调整其角度，更精确的采集文物相关信息。
本发明通过在底座上设置旋转支撑装置，在针对体积较小的文物时，可以直接将文物放置到盖板上，由第五电机带动文物进行360°旋转，减少图像采集装置的运动量，提高采集效率。
本发明通过设置缓冲装置，避免在放置过程中由于人为因素导致对文物造成破坏，对文物有很好的保护作用。
本发明通过设置万向轮，在应对体积较大或者不易于移动的文物时，可以采用移动采集装置的方式进行图像采集作业，足以应对各种场合。
本发明通过设置测距传感器，可以随着文物形状的变化自动伸缩第一液压缸、第二液压缸、调整第一电机、第二电机、第三电机、第四电机转动的角度来保证等距扫描，降低对图像采集装置的要求，提高扫描的精度，实现对文物的完美再现。
本发明通过设置补光灯，对于光线不良的情形或者颜色过暗的文物进行补光扫描处理，提高文物的再现度。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中：1、底座，2、第一液压缸，3、第一电机，4、第一连接架，5、第二液压缸，6、采集架，7、第二电机，8、第二连接架，9、第三电机，10、第三连接架，11、第四电机，12、万向轮，13、补光灯，14、第五电机，15、底板，16、弹簧，17、盖板，18、托架，19、图像采集装置，20、测距传感器。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1所示，本发明提供一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其包括底座1、竖直固定设置在所述底座1上的第一液压缸2、设置在所述第一液压缸2轴上的第一电机3、通过第一连接架4与所述第一电机3输出轴连接的第二液压缸5、固定设置在所述第二液压缸5轴上的采集架6、固定设置在所述采集架6上的云台以及固定设置在所述云台上的图像采集装置19，所述图像采集装置19采用便携式光学 CMM 3D 扫描仪，所述测距传感器20型号采用LDM301，第一液压缸2实现图像采集装置19的升降，通过第二液压缸5实现图像采集装置19的横向平移，通过第一电机3实现图像采集装置19绕第一液压缸2为圆心的旋转，实现了图像采集装置的自动位置调整。
所述云台包括固定设置在采集架6下侧的第二电机7、通过第二连接架8与所述第二电机7轴相连接的第三电机9以及通过第三连接架10与所述第三电机9轴相连接的第四电机11，所述图像采集装置19通过托架18固定设置在所述第四电机11轴上，所述托架18上固定设置有两个以上的测距传感器20，所述测距传感器20、第一液压缸2、第二液压缸5、第一电机3、第二电机7、第三电机9、第四电机11、第五电机14均与PLC控制器相连接，所述PLC控制器采用S-200，通过设置云台，实现了图像采集装置19的多角度调整，通过第二电机7实现图像采集装置19绕Y轴方向转动，通过第三电机9实现图像采集装置19绕X轴方向转动，通过第四电机11实现图像采集装置19绕Z轴方向转动，随着文物形状的不断变化，图像采集装置19随之调整其角度，更精确的采集文物相关信息。
所述底座1上侧固定设置旋转支撑装置，所述旋转支撑装置包括固定设置在底座1上的第五电机14以及固定设置在第五电机14轴上的缓冲装置，在针对体积较小的文物时，可以直接将文物放置到盖板17上，由第五电机14带动文物进行360°旋转，减少图像采集装置19的运动量，提高采集效率。
所述缓冲装置包括固定设置在第五电机14轴上的底板15以及通过两个以上的弹簧16对应设置在底板15上方的盖板17，避免在放置过程中由于人为因素导致对文物造成破坏，对文物有很好的保护作用。
所述底座1下侧固定设置万向轮12，在应对体积较大或者不易于移动的文物时，可以采用移动采集装置的方式进行图像采集作业，足以应对各种场合。
所述托架上固定设置补光灯13，对于光线不良的情形或者颜色过暗的文物进行补光扫描处理，提高文物的再现度。
使用过程如下：
将文物放置在盖板17上，开启图像采集装置19进行文物扫描，随着文物形状的不断变化，当图像采集装置19与文物之间的最短距离发生变化时，PLC控制器控制各个电机和第一液压缸2、第二液压缸5动作，调整图像采集装置19的位置和角度，保证最佳采集效果，第一液压缸2实现图像采集装置19的升降，通过第二液压缸5实现图像采集装置19的横向平移，通过第一电机3实现图像采集装置19绕第一液压缸2为圆心的旋转，通过第二电机7实现图像采集装置19绕Y轴方向转动，通过第三电机9实现图像采集装置19绕X轴方向转动，通过第四电机11实现图像采集装置19绕Z轴方向转动，随着文物形状的不断变化，图像采集装置19随之调整其角度，更精确的采集文物相关信息。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其特征在于，其包括底座（1）、竖直固定设置在所述底座（1）上的第一液压缸（2）、设置在所述第一液压缸（2）轴上的第一电机（3）、通过第一连接架（4）与所述第一电机（3）输出轴连接的第二液压缸（5）、固定设置在所述第二液压缸（5）轴上的的采集架（6）、固定设置在所述采集架（6）上的云台以及固定设置在所述云台上的图像采集装置（19），所述云台包括固定设置在采集架（6）下侧的第二电机（7）、通过第二连接架（8）与所述第二电机（7）轴相连接的第三电机（9）以及通过第三连接架（10）与所述第三电机（9）轴相连接的第四电机（11），所述图像采集装置（19）通过托架（18）固定设置在所述第四电机（11）轴上，所述托架（18）上固定设置有两个以上的测距传感器（20），所述测距传感器（20）、第一液压缸（2）、第二液压缸（5）、第一电机（3）、第二电机（7）、第三电机（9）、第四电机（11）均与PLC控制器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其特征在于，所述底座（1）上侧固定设置旋转支撑装置。
3.根据权利要求2所述的一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其特征在于，所述旋转支撑装置包括固定设置在底座（1）上的第五电机（14）以及固定设置在第五电机（14）轴上的缓冲装置。
4.根据权利要求3所述的一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其特征在于，所述缓冲装置包括固定设置在第五电机（14）轴上的底板（15）以及通过两个以上的弹簧（16）对应设置在底板（15）上方的盖板（17）。
5.根据权利要求4所述的一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其特征在于，所述第五电机（14）与PLC控制器连接。
6.根据权利要求1所述的一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其特征在于，所述底座（1）下侧固定设置万向轮（12）。
7.根据权利要求1所述的一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其特征在于，所述托架上固定设置补光灯（13）。
8.根据权利要求1所述的一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其特征在于,所述测距传感器（20）型号采用LDM301。
9.根据权利要求1所述的一种高自由度三维立体文物信息采集装置，其特征在于，所述PLC控制器采用S-200。
10.根据权利要求1所述的一种高自由度三维立体文物信息采集装置,其特征在于,所述图像采集装置（19）采用便携式光学 CMM 3D 扫描仪。
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