CN114858084A - 扫描系统及扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扫描系统及扫描方法，所述扫描系统包括：标码件，设有多个标识符，其中，多个所述标识符坐标信息已知，并建立全局坐标；扫描组件，用于对待测物体进行扫描，以获得所述待测物体在所述坐标系下的扫描数据；处理单元，用于将所述坐标系下的扫描数据在所述坐标系内进行三维重建，以获得所述待测物体的三维模型，通过设置标码件以及测量设备，建立统一全局坐标系，从而通过扫描件扫描待测物体，以得到待测物体的三维模型，能够检测大型的待测物体进行扫描测量。

Description

扫描系统及扫描方法

技术领域

本发明涉及扫描测量技术领域，特别是涉及一种扫描系统及扫描方法。

背景技术

扫描测量装置是一种用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据的观测装置。收集的数据常常被用来进行重新的分析、计算与构造，在计算机或其他设备中重新创建物体的数据模型。但是，现有技术中常常是对中小型的物件进行扫描测量，缺少对大型的物件的扫描测量方式。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种改进的扫描系统，通过使用摄影测量的方式提供整体定位，使得扫描组件扫描得到的数据实现坐标系的统一，同时该扫描系统通过扫描头、跟踪件以及标码件的组合扫描测量，使得该扫描系统能够对大型物件进行扫描测量，使得在扫描大工件时不仅提高扫描效率，还可以提供扫描精度。

本发明提供一种扫描系统，所述扫描系统包括：标码件，设有多个标识符，其中，多个所述标识符坐标信息已知，并建立全局坐标；扫描组件，用于对待测物体进行扫描，以获得所述待测物体在所述坐标系下的扫描数据；处理单元，用于将所述坐标系下的扫描数据在所述坐标系内进行三维重建，以获得所述待测物体的三维模型。

如此设置，通过设置标码件以及测量设备，建立统一全局坐标系，从而通过扫描件扫描待测物体，以得到待测物体的三维模型，能够检测大型的待测物体进行扫描测量。

为了能够得到待测物体的扫描数据，所述扫描组件包括扫描件及跟踪件，所述扫描件能够沿所述待测物体的外表面移动扫描，以得到所述待测物体的扫描数据，所述跟踪件用于捕捉所述扫描件在所述坐标系内的位置特征，以获取所述待测物体在所述坐标系下的扫描数据。

如此设置，通过设置扫描件以及跟踪件，能够扫描得到待测物体坐标系中的扫描数据。

为了能够确定扫描件扫描后的得到的扫描数据在所述全局坐标内的位置，所述跟踪件与所述扫描件相对设置，所述扫描件及所述待测物体处于所述跟踪件的视野范围内。

如此设置，能够确定扫描件扫描得到的扫描数据在全局坐标的位置。

进一步地，所述跟踪件能够随所述扫描件的移动而移动，以使所述扫描件及所述待测物体始终处于所述跟踪件的视野范围内；或所述跟踪件的数量设置有多个，多个所述跟踪件的视野范围相互拼接，以将所述扫描件及所述待测物体包括在多个所述跟踪件拼接的视野范围内。

如此设置，通过使得跟踪件能够随所述扫描件移动或扫描件处于多个跟踪件的视野范围内，能够确定扫描件扫描得到的扫描数据在全局坐标的位置。

为了提高扫描件的扫描精度，所述扫描系统还包括标定组件、机械手臂及导轨，所述标定组件用于标定校准所述扫描件，所述机械手臂安装至所述导轨，并沿所述导轨滑动，所述机械手臂设置于所述标码件相对靠近所述待测物体的一面，用于带动所述标定组件及所述扫描件运动。

如此设置，通过机械手臂带动标定组件沿导轨移动，从而带动使得标定组件能够对多个或不同位置的跟踪件或扫描件进行标定校准，同时也能够使得机械手臂能够带动扫描件沿导轨移动，扫描到整个待测物体。

为了使得扫描结构能够较为准确，所述标定组件包括标定杆及标定板，所述标定杆用于对所述跟踪件标定校准，所述标定板用于对所述扫描件标定校准。

如此设置，通过标记杆对跟踪件标定校准，标记板对扫描件标定校准，以使扫描结构较为准确。

为了使得扫描件能够扫描到整个待测物体，所述导轨沿所述标码件的长度方向设置，所述机械手臂的一端设有移动座，所述移动座设置于所述导轨，并能够沿所述导轨滑动。

如此设置，通过沿标码件的长度方向设置导轨，使得机械手臂能够带动扫描件沿导轨移动，扫描到整个待测物体。

为了使得扫描件始终处于跟踪件的拍摄范围内，所述扫描系统还包括滑轨，所述滑轨设置于所述待测物体相对远离所述标码件的一侧，所述滑轨与所述导轨平行设置，且所述跟踪件随所述扫描件的移动在所述滑轨内滑动。

如此设置，通过设置滑轨，跟踪件能够沿滑轨滑动，以使扫描件始终处于跟踪件的视野范围内。

本发明还提供一种扫描方法，包括步骤为:获取标码件上多个标识符的坐标信息，构建全局坐标；获取扫描组件扫描待测物体得到的扫描数据；对所述扫描数据在所述全局坐标系内进行三维重建，以获得所述待测物体的三维模型。

进一步地，在获取扫描组件扫描待测物体得到的扫描数据的步骤之前，还包括步骤：使得机械手臂分依次带动所述标定杆和标定板沿预设路径移动，由跟踪件记录所述标定杆的运动轨迹对所述跟踪件进行标定校准，由扫描件记录所述标定板的运动轨迹对所述扫描件进行标定校准。

通过所述机械手臂带动扫描件沿预设路径移动，所述跟踪件拍摄所述扫描件的运动轨迹，同时所述扫描件拍摄标定板以对所述扫描件进行标定校准。

进一步地，在获取扫描组件扫描待测物体得到的扫描数据的步骤中，包括步骤：通过机械手臂带动所述扫描件沿预设路径扫描所述待测物体，以获得所述待测物体的扫描数据，同时通过所述跟踪件获取所述扫描件在所述坐标系的位置特征，以获得所述待测物体在所述坐标系下的扫描数据。

本发明提供的扫描系统通过使用摄影测量的方式提供整体定位，使得扫描组件扫描得到的数据实现坐标系的统一，在扫描大工件时不仅提高扫描效率，还可以提供扫描精度。

附图说明

图1为本发明提供的一种扫描系统的结构示意图；

图2为图1所示的扫描系统另一视角的结构示意图。

100、扫描系统；10、标码件；20、扫描组件；21、扫描件；22、跟踪件；30、标定组件；31、标定杆；32、标定板；40、机械手臂；50、导轨；60、滑轨；200、待测物体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

扫描测量装置是一种用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据的观测装置；收集的数据常常被用来进行重新的分析、计算与构造，在计算机或其他设备中重新创建物体的数据模型。

现有的扫描测量设备通过扫描件扫描待测物体，已得到待测物体的扫描数据，且同时跟踪件记录扫描件以及待测物体的位置关系，就可以对待测物体进行扫描测量；并且在扫描测量之前需要对扫描头以及跟踪件进行标定校准，以使得测量结构准确。

但是现有的扫描工件仅仅只能扫描测量小型待测物体，无法对大型的进行测量扫描，并且缺少对大型工件的测量方法。

针对上述技术问题，本发明提供一种扫描系统，该扫描系统通过标码件建立统一坐标系，并且通过扫描头以及跟踪件对扫描件进行持续扫描测量，使得扫描系统能够对大型的待测物体进行扫描测量。

请参阅图1至图2，图1为本发明提供的一种扫描系统100的结构示意图，图2为图1所示的扫描系统100另一视角的结构示意图。

在本实施例中，扫描系统100以是临时搭建的扫描场地，也可以是专门用于扫描大型物体的厂房等，扫描系统100包括标码件10、测量设备、标定组件30以及扫描组件20，标码件10及测量设备用于建立坐标系，标定组件30用于对跟踪件22及扫描件21标定校准，扫描组件20用于扫描大型的待测物体200，以获得待测物体200的扫描数据，上述各功能组件共同作用扫描测量待测物体200的三维数据。

在本实施例中，扫描系统100包括标码件10以及测量设备，标码件10用于在空间中构建标记点及坐标系，测量设备用于扫描编码点，并将标码件10构成的坐标系传入处理单元。

具体的，标码件10可以是专门用于扫描大型物体而搭建的墙体，也可以是可移动的用于贴标记点的板状结构等，且标码件10上设有多个位置相互确定的标识符，通过测量设备标记扫描标码件10上的标识符，构建全局坐标系。

在其他的实施方式中，还可在标记板内设置多个标记点，通过测量设备扫描标记点，建立全局坐标系。

需要说明的是，标识符的坐标可以由摄影测量设备测量获得，或者由其他方式获得。标识符可以有多种方案构成，可以由单独的标记点构成，可以由单独的编码点构成，也可以是标记点和编码点的组合，本专利对此并不进行限制。

如此设置，使得扫描件21以及跟踪件22在不同位置扫描测量后的测量结果处于同一坐标系内，便于将获得的待测物体200的三维坐标统一起来。

需要说明的是，构建全局坐标并不一定需要测量装置，还可以通过扫描件21在对待测物体200进行扫描前，先扫描标记点或编码点以建立全局坐标。

在本实施例中，标定系统还包括机械手臂40以及控制单元，控制单元与机械手臂40连接，控制机械手臂40的运动，机械手臂40带动标定组件30及扫描组件20运动。

具体的，机械手臂40设置于标码件10相对靠近过待测物体200的一面，且机械手臂40的活动端设有抓取组件，控制单元控制机械手臂40的转动与移动，并且控制机械手臂40活动端的抓取组件的启动与关闭，从而实现机械手臂40自动抓取和放下标定组件30及扫描组件20，并控制机械手臂40带动标定组件30及扫描组件20沿预设的运动路径移动。

优选的，在本实施例中，机械手臂40选择为六轴机械手臂40，它具有六个自由度，可以适应几乎任何轨迹或角度的工作；同时，全自动工作可以提高生产效率，控制错误率；而且，操作简单，可以实现在不同工件之间灵活、快速更换。

在本实施中，扫描系统100包括扫描组件20及标定组件30，扫描组件20用于扫描测量待测物体200，以得到待测物体200的扫描数据；标定组件30用于在扫描组件20测量扫描之前，对所述扫描组件20进行标定校准，以使扫描结果准确。

具体的，扫描组件20包括扫描件21以及跟踪件22，机械手臂40能够主动的可拆卸的对接抓取扫描件21，并带动扫描件21沿预设路径扫描拍摄待测物体200；跟踪件22与待测物体200的相对设置，并与扫描件21对应设置，且扫描件21处于跟踪件22的视野范围内，跟踪件22用于拍摄扫描件21；通过扫描件21扫描待测物体200，得到待测物体200的扫描数据，跟踪件22记录扫描件21在坐标系中的位置特征，以获取待测物体200在坐标系下的扫描数据。

在本实施例中，通过在控制单元内输入预设的运动信号以及抓取信号，机械手臂40抓取扫描头，并按照规定的线路带动扫描头移动，进而使得扫描头对待测物体200进行扫描测量。

如此设置，通过设置扫描件21扫描待测物体200的外形特征，以得到待测物体200的扫描数据，通过跟踪件22拍摄记录扫描件21的运动路径，获取待测物体200在坐标系下的扫描数据。

需要说明的是，由于待测物体200的尺寸较大，所以为了能够扫描到待测物体需要扫描件21及跟踪件22能够随待测物体200的长度方向移动，故，在本实施例中，扫描系统100包括导轨50以及滑轨60，导轨50用于承接机械手臂40，使得机械手臂40沿导轨50滑动，并能够拍摄整个待测物体200，滑轨60用于承接跟踪件22，使得跟踪件22沿滑轨60滑动。

在其他实施例中，可以通过设置多个跟踪件22来替代跟踪件22的导轨，具体设置的跟踪件22的个数根据被测物体的尺寸来确定。

具体的，在本实施例中，导轨50设置于标码件10相对靠近过待测物体200的一面，并且沿标码件10的长度方向设置，由标码件10的一端延伸至另一端，机械手臂40的一端设有移动座，该移动座设置于导轨50内，并能够沿导轨50滑动，即，机械手臂40能够带着扫描件21沿导轨50滑动，扫描件21即可用于扫描待测物体200的全部外形特征，获取全部待测物体200的扫描数据。

如此设置，通过沿标码件10的长度方向设置导轨50，使得机械手臂40能够沿导轨50滑动，从而使得设置在机械手臂40上的扫描件21能够完全地扫描测量待测物体200。

可以理解，本发明并不限制在标码件10上设置导轨50形式使得机械手臂40能够移动，在其他的实施方式中，还可以在机械手臂40的底部设置运动机器人，使得机械手臂40不再受到限制，可以完整且充分扫描待测物体200。

具体的，在本实施例中，滑轨60设置于扫描车间的前端，处于待测物体200相对远离标码件10的一侧，与导轨50相对设置，且与导轨50相互平行，跟踪件22设置于该滑轨60内，并能够沿滑轨60滑动，即，跟踪件22能够随扫描件21的移动而移动，扫描件21扫描待测物体200的过程中，始终处于跟踪件22的视野范围内。

如此设置，通过在扫描车间的前端设置滑轨60，使跟踪件22能够随着滑轨60运动，使得跟踪件22能够随着扫描件21的运动而运动。

可以理解，本发明并不限制通过设置滑轨60的形式使得跟踪件22随扫描件21移动，在其他的实施方式中，还可以在跟踪件22的底部设置运动机器人，使得跟踪件22随时能够随扫描件21移动。

在本实施例中，扫描系统100还包括标定组件30，扫描组件20对待测物体200进行扫描前，需要通过标定组件30对扫描组件20进行标定校准，以使得扫描测量的结果较为准确。

具体的，标定组件30包括标定杆31以及标定板32，标定杆31用于标定校准跟踪件22的精度，标定板32用于标定校准扫描件21的精度，标定杆31与标定板32可以设置于固定平台上，标定杆31大致呈长条杆状，且标定杆31的中部设置有能够与机械手臂40相配合的对接件，标定杆31的杆体搭设在固定平台上；标定板32大致呈矩形板状，且标定板32上设置有多个标定结构，用于对跟踪件22进行标定校准。

控制单元控制机械手臂40抓取标定杆31，并使得机械手臂40带动标定杆31沿预设路径移动，跟踪件22记录标定杆31的运动轨迹，对跟踪件22自身进行标定校准；控制单元控制机械手臂40抓取扫描件21，并按照预设的路径移动，扫描件21拍摄标定板32，且跟踪件22同时拍摄扫描件21，对扫描件21进行标定校准。

可以理解，本发明并不仅限于通过设置固定平台的方式放置标定杆31以及标定板32，在其他的实施方式中，还可以在该扫描车间的设有挂持件，能够使得标定杆31及标定板32对挂持即可。

在本实施例中，通过在控制单元内输入预设的运动信号以及抓取信号，依次抓取标定杆31和扫描头，并依次按照规定的线路带动标定杆31和扫描头移动，进而对扫描头进行标定。

在本实施例中，扫描装置还包括处理单元，处理单元用于将扫描组件20扫描得到的扫描数据。

具体的，在本实施例中，处理单元设置于外部处理电脑中，将通过测量设备拍摄扫描得到的标识符数据输入处理单元，以得到的全局坐标系，并且同时将扫描组件20扫描待测物体200得到的扫描数据输入处理单元中，且处理单元将扫描组件20扫描得到的扫描数据进行三维重建，以得到待测物体200的三维模型。

如此设置，使得扫描件21扫描得到的扫描数据在处理单元内构建三维模型，以测量待测物体200的数据

本发明还提供一种扫描方法，用于上述扫描系统100中，扫描方法如下：

S1、获取标码件10上多个标识符的坐标信息，构建全局坐标；

S2、获取扫描组件20扫描待测物体200得到的扫描数据；

S3、对所述扫描数据在所述全局坐标系内进行三维重建，以获得所述待测物体200的三维模型。

在待测物体200进入该扫描车间前，进行上述S1的步骤。

在进行上述S2步骤前，需要对扫描组件20进行标定校准的步骤：

首先，控制单元控制机械手臂40抓取标定杆31，并使得机械手臂40带动标定杆31沿预设路径移动，跟踪件22记录标记杆的运动轨迹，并用于对跟踪件22自身进行预标定校准；

其次，控制单元控制机械手臂40抓取扫描件21，并按照预设的路径移动，扫描件21拍摄标定板32，且跟踪件22同时拍摄扫描件21的运动轨迹，对扫描件21进行标定校准。

在S2的步骤中，扫描件21通过机械手臂40的带动，用于对待测物体200扫描，以得到待测物体200的扫描数据，并且同时，跟踪件22随扫描件21移动，以使扫描件21处于跟踪件22的拍摄范围内，跟踪件22捕捉扫描件21在坐标系内的位置特征，以获取待测物体200在坐标系下的扫描数据。

以上所述实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。

Claims (11)

1.一种扫描系统，其特征在于，所述扫描系统包括：

标码件(10)，设有多个标识符，其中，多个所述标识符坐标信息已知，并建立全局坐标；

扫描组件(20)，用于对待测物体(200)进行扫描，以获得所述待测物体(200)在所述坐标系下的扫描数据；

处理单元，用于将所述坐标系下的扫描数据在所述坐标系内进行三维重建，以获得所述待测物体(200)的三维模型。

2.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述扫描组件(20)包括扫描件(21)及跟踪件(22)，所述扫描件(21)能够沿所述待测物体(200)的外表面移动扫描，以得到所述待测物体(200)的扫描数据，所述跟踪件(22)用于捕捉所述扫描件(21)在所述坐标系内的位置特征，以获取所述待测物体(200)在所述坐标系下的扫描数据。

3.根据权利要求2所述的扫描系统，其特征在于，所述跟踪件(22)与所述扫描件(21)相对设置，所述扫描件(21)及所述待测物体(200)处于所述跟踪件(22)的视野范围内。

4.根据权利要求3所述的扫描系统，其特征在于，所述跟踪件(22)能够随所述扫描件(21)的移动而移动，以使所述扫描件(21)及所述待测物体(200)始终处于所述跟踪件(22)的视野范围内；及/或

所述跟踪件(22)的数量设置有多个，多个所述跟踪件(22)的视野范围相互拼接，以将所述扫描件(21)及所述待测物体(200)包括在多个所述跟踪件(22)拼接的视野范围内。

5.根据权利要求2所述的扫描系统，其特征在于，所述扫描系统还包括标定组件(30)、机械手臂(40)及导轨(50)，所述标定组件(30)用于标定校准所述扫描组件(20)，所述机械手臂(40)安装至所述导轨(50)，并沿所述导轨(50)滑动，所述机械手臂(40)设置于所述标码件(10)相对靠近所述待测物体(200)的一面，用于带动所述标定组件(30)或所述扫描件(21)运动。

6.根据权利要求5所述的扫描系统，其特征在于，所述标定组件(30)包括标定杆(31)及标定板(32)，所述标定杆(31)用于对所述跟踪件(22)标定校准，所述标定板(32)用于对所述扫描件(21)标定校准。

7.根据权利要求5所述的扫描系统，其特征在于，所述导轨(50)沿所述标码件(10)的长度方向设置，所述机械手臂(40)的一端设有移动座，所述移动座设置于所述导轨(50)，并能够沿所述导轨(50)滑动。

8.根据权利要求5所述的扫描系统，其特征在于，所述扫描系统还包括滑轨(60)，所述滑轨(60)设置于所述待测物体(200)相对远离所述标码件(10)的一侧，所述滑轨(60)与所述导轨(50)平行设置，且所述跟踪件(22)随所述扫描件(21)的移动在所述滑轨(60)内滑动。

9.一种扫描方法，用于扫描系统，其特征在于，包括步骤:

获取标码件上多个标识符的坐标信息，构建全局坐标；

获取扫描组件(20)扫描待测物体(200)得到的扫描数据；

对所述扫描数据在所述全局坐标系内进行三维重建，以获得所述待测物体(200)的三维模型。

10.根据权利要求9所述的扫描方法，其特征在于，在获取扫描组件(20)扫描待测物体(200)得到的扫描数据的步骤之前，还包括步骤：

通过机械手臂(40)依次带动标定杆(31)和标定板(32)沿预设路径移动，由跟踪件(22)记录所述标定杆(31)的运动轨迹以对所述跟踪件(22)自身进行标定校准，由扫描件(21)记录所述标定板(32)的运动轨迹对所述扫描件(21)进行标定校准；

通过所述机械手臂(40)带动扫描件(21)沿预设路径移动，所述跟踪件(22)拍摄所述扫描件(21)的运动轨迹，同时所述扫描件(21)拍摄所述标定板(32)以对所述扫描件(21)进行标定校准。

11.根据权利要求9所述的扫描方法，其特征在于，在获取扫描组件(20)扫描待测物体(200)得到的扫描数据的步骤中，包括步骤：

通过机械手臂(40)带动扫描件(21)沿预设路径扫描所述待测物体(200)，以获得待测物体(200)的扫描数据，同时通过跟踪件(22)获取扫描件(21)在所述坐标系的位置特征，以获得所述待测物体(200)在所述坐标系下的扫描数据。

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