CN204479038U - 新型高分辨率立式三维扫描仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型高分辨率立式三维扫描仪，包括机架，所述机架顶端中部固定有一用以将光栅条纹投影至被测物体表面的数字光栅投影装置，所述数字光栅投影装置的左、右两侧对称设置有用以采集图像的左、右工业相机，所述数字光栅投影装置、两工业相机经控制模块连接至计算机。本实用新型结构简单，操作容易，扫描速度快，精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新型高分辨率立式三维扫描仪。
背景技术
随着计算机科学、图像处理学的迅猛发展，三维扫描技术在各行各业有着愈来愈广泛的应用，尤其是在工业自动化领域，三维扫描技术能应用于产品的检测以及建模，能对生产线进行实时监测，并能及时发现生产过程中的问题，对产品质量进行严格的控制。目前在国内外三维扫面技术被广泛应用于快速成型、逆向工程、扫描实物建立检测部件表面的三维数据、 生产线质量控制和产品元件的形状检测、文物的录入和电子展示、牙齿及畸齿矫正、整容及上颌面手术等方面。
非接触式三维扫描技术因其方法简单、易操作、精度高，已经成为三维测量领域的前沿技术，其代表方法为激光扫描法及光栅投影法，由于光栅投影法具有高精度、大量程、实时性强等众多优点，并融合了计算机科学、光学、电子、机械等众多学科，能够真正实现光机电一体化，因此在近些年来得到巨大发展。但现有的三维扫描装置测量精度低，测量范围窄，局限性大。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种新型高分辨率立式三维扫描仪，不仅操作容易，而且扫描速度快，精度高。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种新型高分辨率立式三维扫描仪，包括机架，所述机架顶端中部固定有一用以将光栅条纹投影至被测物体表面的数字光栅投影装置，所述数字光栅投影装置的左、右两侧对称设置有用以采集图像的左、右工业相机，所述数字光栅投影装置、两工业相机经控制模块连接至计算机。
进一步的，所述数字光栅投影装置包含壳体，所述壳体内腔中部设有光机、内腔上部侧端设有主控制板、光机内部设有DMD芯片，内腔上部前方设有将光栅条纹对焦至被测物体表面的远心镜头。
进一步的，所述光机包含布设在光机头部的红、绿、蓝三色LED光源，所述红、绿、蓝三色LED光源的光路上均设有准直透镜，其中两色LED光源经准直透镜准直后的光路相交处设有用以将其汇聚的第一分光片，另外一色LED光源经准直透镜准直后的光路与经第一分光片的光路相交处设有用以将其汇聚的第二分光片，汇聚后光信号经微透镜阵列、反射镜、会聚透镜与棱镜以预定角度投射到DMD芯片。
进一步的，所述DMD芯片采用0.65寸DMD芯片，所述0.65寸DMD芯片亮度大于400lm，分辨率为1080P。
进一步的，所述两工业相机均与远心镜头成30~60°夹角。
进一步的，所述远心镜头为超低变形远心镜头。
进一步的，所述壳体内腔下部设有散热风扇并经设置在壳体前方的热管进行散热，且所述壳体的周壁上还分布有若干散热通孔。
进一步的，所述壳体侧壁上还设有光圈和焦距调节旋钮。
进一步的，所述机架包含三脚架以及设置在机架前方的云台。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：（1）本实用新型能将被测物体的表面紋理清淅细致地呈现，轮廓层次分明，精确无误地放大 20~125 倍作精密测量；（2）本实用新型的远心镜头为超低变形远心镜头；（3）本实用新型采用光栅投影法与双目视差法相结合的原理，由计算机编程生成所需要的数字光栅条纹，通过光栅条纹投影装置投影到被测物体表面，同时，两部工业相机同步对光栅条纹进行图像采集，将图像数据输入计算机中进行处理，实时计算并重建物体的三维模型。（4）本实用新型将传统投影装置的水平构造优化为立式构造，使得扫描仪结构简单、紧凑，操作容易，扫描速度快，精度高。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本实用新型实施例的整体构造示意图。
图2为本实用新型实施例的数字光栅投影装置正视示意图。
图3为本实用新型实施例的数字光栅投影装置侧视示意图。
图4为本实用新型实施例的图2A-A方向剖视示意图。
图5为本实用新型实施例的光路示意图。
图中：1-机架，11-三脚架，12-云台，2-数字光栅投影装置，21-壳体，22-光机，221-红色LED光源，222-绿色LED光源，223-蓝色LED光源，224-第一准直透镜，225-第二准直透镜，226-第三准直透镜，227-第一分光片，228-第二分光片，229-微透镜阵列，2210-反射镜，2211-会聚透镜，2212-棱镜，23-主控制板，24-DMD芯片，25-远心镜头，26-散热风扇，27-热管，28-散热通孔，29-微调旋钮，3-左工业相机，4-右工业相机。
具体实施方式
如图1~5所示，一种新型高分辨率立式三维扫描仪，包括机架1，所述机架1顶端中部固定有一用以将光栅条纹投影至被测物体表面的数字光栅投影装置2，所述数字光栅投影装置2的左、右两侧对称设置有用以采集图像的左工业相机3、右工业相机4，所述数字光栅投影装置2、左工业相机3、右工业相机4经控制模块连接至计算机。
在本实用新型中，所述数字光栅投影装置2包含壳体21，所述壳体21内腔中部设有光机22、内腔上部侧端设有主控制板23、光机内部设有DMD芯片24，内腔上部前方设有将光栅条纹对焦至被测物体表面的远心镜头25。
在本实用新型中，所述DMD芯片24采用0.65寸DMD芯片24，所述0.65寸DMD芯片24亮度大于400lm，分辨率为1080P，所述DMD芯片24用于光栅投影，提高了光栅条纹的亮度，能够得到更为精密的物体三维信息，使得数据采集更为高效；在本实用新型中，采用0.65寸DMD芯片24，使得光机22与远心镜头25上下排布，也就是能够采用立式结构，能缩短数字光栅投影装置2横向空间，当其与两侧的左工业相机3、右工业相机4相连接时，能使该本实用新型结构变得更为紧凑，能将扫描分辨率有效提高至0.001mm。
在本实用新型中，所述光机22包含布设在光机22头部的红色LED光源221、绿色LED光源222、蓝色LED光源223，所述红色LED光源221、绿色LED光源222、蓝色LED光源223的光路上均设有准直透镜，其中两色LED光源分别经第一准直透镜224、第二准直透镜225准直后的光路相交处设有用以将其汇聚的第一分光片227，另外一色LED光源经第三准直透镜226准直后的光路与经第一分光片227的光路相交处设有用以将其汇聚的第二分光片228，汇聚后光信号经微透镜阵列229、反射镜210、会聚透镜2211与棱镜2212进入DMD芯片24。
在本实用新型中，所述两工业相机均与远心镜头25成30~60°夹角。
在本实用新型中，所述远心镜头25为超低变形远心镜头，所述远心镜头25投影时的畸变小于0.15%；所述远心镜头25距离被测物体300mm时，单面可扫描面积为400×300mm2 ，测量景深一般为30～50mm；精度高达0.001mm。
在本实用新型中，所述壳体21内腔下部设有散热风扇26并经设置在壳体21前方的热管27进行散热，且所述壳体21的周壁上还分布有若干散热通孔28。
在本实用新型中，所述壳体21侧壁上还设有两个个微调旋钮29负责调节光亮和对焦。
在本实用新型中，所述机架1包含三脚架11以及设置在三脚架11前方的云台12。
本实用新型的具体使用过程如下：将被测物体置于数字光栅投影装置2正前方，在控制模块的控制下，数字光栅投影装置2将光栅条纹投影到被测物体表面，连续测量被测物体的一个立体面，由于主控制板23和DMD芯片24作用，测量时光栅装置投射数幅特定编码的结构光线到待测物体上，成一定夹角的两个或多个工业相机的摄像头同步采得相应图象，然后对图象进行相位和解码计算，并利用匹配技术、三角形测量原理，解算出两个或多个工业相机公共视场内物体表面像素点的三维坐标实时计算并重建物体的三维模型。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种新型高分辨率立式三维扫描仪，包括机架，其特征在于：所述机架顶端中部固定有一用以将光栅条纹投影至被测物体表面的数字光栅投影装置，所述数字光栅投影装置的左、右两侧对称设置有用以采集图像的左、右工业相机，所述数字光栅投影装置、两工业相机经控制模块连接至计算机。
2.根据权利要求1所述的新型高分辨率立式三维扫描仪，其特征在于：所述数字光栅投影装置包含壳体，所述壳体内腔中部设有光机、内腔上部侧端设有主控制板、光机内部设有DMD芯片，内腔上部前方设有将光栅条纹对焦至被测物体表面的远心镜头。
3.根据权利要求2所述的新型高分辨率立式三维扫描仪，其特征在于：所述光机包含布设在光机头部的红、绿、蓝三色LED光源，所述红、绿、蓝三色LED光源的光路上均设有准直透镜，其中两色LED光源经准直透镜准直后的光路相交处设有用以将其汇聚的第一分光片，另外一色LED光源经准直透镜准直后的光路与经第一分光片的光路相交处设有用以将其汇聚的第二分光片，汇聚后光信号经微透镜阵列、反射镜、会聚透镜与棱镜以预定角度投射到DMD芯片。
4.根据权利要求2或3所述的新型高分辨率立式三维扫描仪，其特征在于：所述DMD芯片采用0.65寸DMD芯片，所述0.65寸DMD芯片亮度大于400lm，分辨率为1080P。
5.根据权利要求2所述的新型高分辨率立式三维扫描仪，其特征在于：所述两工业相机均与远心镜头成30~60°夹角。
6.根据权利要求2或5所述的新型高分辨率立式三维扫描仪，其特征在于：所述远心镜头为超低变形远心镜头。
7.根据权利要求2所述的新型高分辨率立式三维扫描仪，其特征在于：所述壳体内腔下部设有散热风扇并经设置在壳体前方的热管进行散热，且所述壳体的周壁上还分布有若干散热通孔。
8.根据权利要求7所述的新型高分辨率立式三维扫描仪，其特征在于：所述壳体侧壁上还设有光圈和焦距调节旋钮。
9.根据权利要求1所述的新型高分辨率立式三维扫描仪，其特征在于：所述机架包含三脚架以及设置在机架前方的云台。
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2015
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