CN204495297U - 一种激光三维扫描系统 - Google Patents

Abstract

一种激光三维扫描系统，包括控制终端机，控制终端机包含有运动控制终端和采集控制终端，运动控制终端连接有运动控制器，运动控制器连接有驱动器，驱动器与电机连接，传感器在机械传动构件的带动下做上下移动扫描，传感器与图像采集器连接，图像采集器与采集控制终端连接，机械传动机构为呈矩形框的立柱结构，电机设置于立柱结构的底部，电机上连接有一个传动丝杆，传感器套接在传动丝杆上，立柱结构左侧面靠上位置设置有上限位开关，立柱结构左侧面靠下位置设置有下限位开关，立柱结构右侧面靠上位置设置有上原点开关，立柱结构右侧面靠下位置设置有下原点开关，本实用新型具有运行平稳、扫描快速且精准、防护性好的优点。

Description

一种激光三维扫描系统

技术领域

本实用新型涉及一种三维扫描系统，特别涉及一种利用激光快速、精准对物体全方位进行非接触式扫描并进行储存分析的一种激光三维扫描系统。

背景技术

随着二十一世纪国际化市场竞争的日益激烈和高新技术的迅猛发展,多媒体制作市场中越来越多的专业人士正在寻找一种能够快速建模的廉价系统。激光三维扫描仪就是可以满足它们需求的设备,它能够将真实世界中的三维形象快速地转换为可以在计算机空间自由传送 的数字化模型。激光三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术,主要用于对物体空间外形和结构进行扫描,以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号,为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。激光三维扫描仪采用一结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术，采用这种测量原理,使得对物体进行照相测量成为可能。所谓照相测量,就是类似于照相机对视野内的物体进行照相，不同的是照相机摄取的是物体的二维图像,而研制的测量仪获得的是物体的三维信息。激光三维扫描及数字化系统在反求工程中发挥着巨大作用，三维扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用,而激光三维扫描仪已在我国多家模具厂点得到应用,取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工 出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的研制制造周期。激光三维扫描技术能实现非接触测量,具有速度快、精度高的优点。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够快速并且精准的对物体的全方位进行非接触式扫描并进行储存分析的一种激光三维系统。

本实用新型的目的是这样实现的：包括控制终端机，所述的控制终端机包含有运动控制终端和采集控制终端，所述的运动控制终端连接有运动控制器，所述的运动控制器连接有驱动器，所述的驱动器与电机连接，所述的电机通过机械传动构件与传感器连接，所述的传感器在机械传动构件的带动下做上下移动扫描，所述的传感器包含有一个激光采集光源和两个摄影机，且每个摄影机上均连接安装有图像采集卡，所述的传感器与图像采集器连接，所述的图像采集器与采集控制终端连接，所述的采集控制终端和运动控制终端之间连接设置有协调器，所述的电机与驱动器之间设置有速度传感器，所述的电机与图像采集器之间设置有位置检测传感器，所述的机械传动机构为呈矩形框的立柱结构，所述的电机设置于立柱结构的底部，所述的电机通过联轴器连接有一个传动丝杆，所述的传感器套接在传动丝杆上，所述的立柱结构左侧面靠上位置设置有上限位开关，所述的立柱结构左侧面靠下位置设置有下限位开关，所述的立柱结构右侧面靠上位置设置有上原点开关，所述的立柱结构右侧面靠下位置设置有下原点开关，所述的上原点开关高度以地平面为基准面低于上限位开关高度，所述的下原点开关高度以地平面为基准面高于下限位开关高度。

所述的电机选用为伺服电机。

所述的电机控制方式选为半闭环控制系统。

所述的运动控制器同时控制四个驱动器，每个驱动器驱动一个电机。

所述的图像采集器上连接有四个传感器。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型设置了一台控制终端机，控制终端机内安装运控控制终端和采集控制终端。运动控制终端连接运控控制器，运动控制器通过PCI总线与控制终端机通讯。运动控制器通过驱动器的接口与驱动器连接，从而控制驱动器的状态。运动控制器同时控制四个驱动器，每个驱动器驱动一个电机。驱动器与电机连接，驱动器采用脉冲方式进行控制，其具有可靠性强，信号抗干扰性能好的优点，在运动时，电机自带编码器实时反馈位置信息给驱动器，驱动器再将信息传递给运动控制器。电机为伺服电机，采用半闭环控制系统，伺服电机采用直流或交流伺服电机作为驱动部件，依靠光栅或感应同步器作为位置检测器件构成高精度的全闭环位置控制系统，因此伺服电机可控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，半闭环系统还具有价格较低的优点，安装在电机内部的位置反馈器件的密封性好，工作稳定可靠，几乎需要维修。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机通过机械传动构件与传感器连接，传感器在机械传动构件的带动下做上下的扫描运动。上述完成了整个同步扫描系统。传感器上安装了一个激光采集光源和两个摄影机，两个摄影机拍摄角度可以根据最佳效果进行调试，以达到全方位拍摄。摄影机上安装有图像采集卡，经过拍摄的图像通过采集后可以快速的反馈给传感器。传感器与图像采集器连接，收到反馈的传感器将图像传给图像采集器。采集控制终端和运动控制终端之间连接设置有协调器，协调器起到了运动控制终端与采集控制终端在同步拍摄过程中的良好匹配。伺服电机与驱动器之间设置有速度传感器，同时伺服电机与图像采集器之间也设置有位置检测传感器，传感器在保持运动的同时同步采集图像，已达到了运动速度与图像采集速度的匹配满足了系统分辨率的要求。

机械传动机构呈矩形框的立柱结构，并呈矩形结构排列四个，电机设置于立柱结构的底部，电机通过联轴器连接有一个传动丝杆，联轴器为弹性联轴器，具有传动平稳，效率高、寿命长的优点，降低了在机械调整中同轴度的高精度要求。传感器套接在传动丝杆上，传动丝杆在电机的扭转下带动传感器的上升和下降。立柱结构左侧面靠上位置设置有上限位开关，立柱结构左侧面靠下位置设置有下限位开关，立柱结构右侧面靠上位置设置有上原点开关，立柱结构右侧面靠下位置设置有下原点开关，上限位开关和下限位开关使整个系统在上下各放置位置行程内更为安全，原点开关控制四个传感器使其在同一水平面上，系统初始化以后传感器从各自零点开始自下而上开始扫描，直至需要的行程范围，扫描完成后，各传感器恢复到处于同一水平高度的初始位置，等待下一次的扫描。

总体上本实用新型具有运行平稳，实现了多轴同步运行，图像同步采集，且两者能够很好匹配的优点，通过采用激光技术，实现了快速，精准的扫描过程，满足了系统使用的要求，为后期的制作分析提供了重要的依据。

附图说明

图1为本实用新型激光三维扫描系统示意图。

图2为本实用新型图像采集系统示意图。

图3为本实用新型立柱结构示意图。

图4为本实用新型半闭环控制系统示意图。

图中：1、立柱结构   2、电机   3、联轴器   4、传动丝杆   5、传感器   6、上限为开关   7、下限位开关   8、上原点开关   9、下原点开关。

具体实施方式

实施例1

如图1-4所示，包括控制终端机，所述的控制终端机包含有运动控制终端和采集控制终端，所述的运动控制终端连接有运动控制器，所述的运动控制器连接有驱动器，所述的驱动器与电机连接，所述的电机通过机械传动构件与传感器连接，所述的传感器在机械传动构件的带动下做上下移动扫描，所述的传感器包含有一个激光采集光源和两个摄影机，且每个摄影机上均连接安装有图像采集卡，所述的传感器与图像采集器连接，所述的图像采集器与采集控制终端连接，所述的采集控制终端和运动控制终端之间连接设置有协调器，所述的电机与驱动器之间设置有速度传感器，所述的电机与图像采集器之间设置有位置检测传感器，所述的机械传动机构为呈矩形框的立柱结构1，所述的电机2设置于立柱结构1的底部，所述的电机2通过联轴器3连接有一个传动丝杆4，所述的传感器5套接在传动丝杆4上，所述的立柱结构1左侧面靠上位置设置有上限位开关6，所述的立柱结构1左侧面靠下位置设置有下限位开关7，所述的立柱结构1右侧面靠上位置设置有上原点开关8，所述的立柱结构1右侧面靠下位置设置有下原点开关9，所述的上原点开关8高度以地平面为基准面低于上限位开关6高度，所述的下原点开关9高度以地平面为基准面高于下限位开关7高度。

本实用新型设置了一台控制终端机，控制终端机内安装运控控制终端和采集控制终端。运动控制终端连接运控控制器，运动控制器通过PCI总线与控制终端机通讯。运动控制器通过驱动器的接口与驱动器连接，从而控制驱动器的状态。驱动器与电机连接，驱动器采用脉冲方式进行控制，其具有可靠性强，信号抗干扰性能好的优点，在运动时，电机自带编码器实时反馈位置信息给驱动器，驱动器再将信息传递给运动控制器。电机采用直流或交流伺服电机作为驱动部件，依靠光栅或感应同步器作为位置检测器件构成高精度的全闭环位置控制系统，因此电机可控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。电机通过机械传动构件与传感器连接，传感器在机械传动构件的带动下做上下的扫描运动。上述完成了整个同步扫描系统。传感器上安装了一个激光采集光源和两个摄影机，两个摄影机拍摄角度可以根据最佳效果进行调试，以达到全方位拍摄。摄影机上安装有图像采集卡，经过拍摄的图像通过采集后可以快速的反馈给传感器。传感器与图像采集器连接，收到反馈的传感器将图像传给图像采集器。采集控制终端和运动控制终端之间连接设置有协调器，协调器起到了运动控制终端与采集控制终端在同步拍摄过程中的良好匹配。电机与驱动器之间设置有速度传感器，同时伺服电机与图像采集器之间也设置有位置检测传感器，传感器在保持运动的同时同步采集图像，已达到了运动速度与图像采集速度的匹配满足了系统分辨率的要求。

机械传动机构呈矩形框的立柱结构，并呈矩形结构排列四个，电机设置于立柱结构的底部，电机通过联轴器连接有一个传动丝杆，联轴器为弹性联轴器，具有传动平稳，效率高、寿命长的优点，降低了在机械调整中同轴度的高精度要求。传感器套接在传动丝杆上，传动丝杆在电机的扭转下带动传感器的上升和下降。立柱结构左侧面靠上位置设置有上限位开关，立柱结构左侧面靠下位置设置有下限位开关，立柱结构右侧面靠上位置设置有上原点开关，立柱结构右侧面靠下位置设置有下原点开关，上限位开关和下限位开关使整个系统在上下各放置位置行程内更为安全，原点开关控制四个传感器使其在同一水平面上，系统初始化以后传感器从各自零点开始自下而上开始扫描，直至需要的行程范围，扫描完成后，各传感器恢复到处于同一水平高度的初始位置，等待下一次的扫描。

总体上本实用新型具有运行平稳，实现了多轴同步运行，图像同步采集，且两者能够很好匹配的优点，通过采用激光技术，实现了快速，精准的扫描过程，满足了系统使用的要求，为后期的制作分析提供了重要的依据。

实施例2

如图1-4所示，包括控制终端机，所述的控制终端机包含有运动控制终端和采集控制终端，所述的运动控制终端连接有运动控制器，所述的运动控制器连接有驱动器，所述的驱动器与电机连接，所述的电机通过机械传动构件与传感器连接，所述的传感器在机械传动构件的带动下做上下移动扫描，所述的传感器包含有一个激光采集光源和两个摄影机，且每个摄影机上均连接安装有图像采集卡，所述的传感器与图像采集器连接，所述的图像采集器与采集控制终端连接，所述的采集控制终端和运动控制终端之间连接设置有协调器，所述的电机与驱动器之间设置有速度传感器，所述的电机与图像采集器之间设置有位置检测传感器，所述的机械传动机构为呈矩形框的立柱结构1，所述的电机2设置于立柱结构1的底部，所述的电机2通过联轴器3连接有一个传动丝杆4，所述的传感器5套接在传动丝杆4上，所述的立柱结构1左侧面靠上位置设置有上限位开关6，所述的立柱结构1左侧面靠下位置设置有下限位开关7，所述的立柱结构1右侧面靠上位置设置有上原点开关8，所述的立柱结构1右侧面靠下位置设置有下原点开关9，所述的上原点开关8高度以地平面为基准面低于上限位开关6高度，所述的下原点开关9高度以地平面为基准面高于下限位开关7高度。

所述的电机2选用为伺服电机。

所述的电机控制方式选为半闭环控制系统。

所述的运动控制器同时控制四个驱动器，每个驱动器驱动一个电机。

所述的图像采集器上连接有四个传感器。

本实用新型设置了一台控制终端机，控制终端机内安装运控控制终端和采集控制终端。运动控制终端连接运控控制器，运动控制器通过PCI总线与控制终端机通讯。运动控制器通过驱动器的接口与驱动器连接，从而控制驱动器的状态。运动控制器同时控制四个驱动器，每个驱动器驱动一个电机。驱动器与电机连接，驱动器采用脉冲方式进行控制，其具有可靠性强，信号抗干扰性能好的优点，在运动时，电机自带编码器实时反馈位置信息给驱动器，驱动器再将信息传递给运动控制器。电机为伺服电机，采用半闭环控制系统，伺服电机采用直流或交流伺服电机作为驱动部件，依靠光栅或感应同步器作为位置检测器件构成高精度的全闭环位置控制系统，因此伺服电机可控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，半闭环系统还具有价格较低的优点，安装在电机内部的位置反馈器件的密封性好，工作稳定可靠，几乎需要维修。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机通过机械传动构件与传感器连接，传感器在机械传动构件的带动下做上下的扫描运动。上述完成了整个同步扫描系统。传感器上安装了一个激光采集光源和两个摄影机，两个摄影机拍摄角度可以根据最佳效果进行调试，以达到全方位拍摄。摄影机上安装有图像采集卡，经过拍摄的图像通过采集后可以快速的反馈给传感器。传感器与图像采集器连接，收到反馈的传感器将图像传给图像采集器。采集控制终端和运动控制终端之间连接设置有协调器，协调器起到了运动控制终端与采集控制终端在同步拍摄过程中的良好匹配。伺服电机与驱动器之间设置有速度传感器，同时伺服电机与图像采集器之间也设置有位置检测传感器，传感器在保持运动的同时同步采集图像，已达到了运动速度与图像采集速度的匹配满足了系统分辨率的要求。

机械传动机构呈矩形框的立柱结构，并呈矩形结构排列四个，电机设置于立柱结构的底部，电机通过联轴器连接有一个传动丝杆，联轴器为弹性联轴器，具有传动平稳，效率高、寿命长的优点，降低了在机械调整中同轴度的高精度要求。传感器套接在传动丝杆上，传动丝杆在电机的扭转下带动传感器的上升和下降。立柱结构左侧面靠上位置设置有上限位开关，立柱结构左侧面靠下位置设置有下限位开关，立柱结构右侧面靠上位置设置有上原点开关，立柱结构右侧面靠下位置设置有下原点开关，上限位开关和下限位开关使整个系统在上下各放置位置行程内更为安全，原点开关控制四个传感器使其在同一水平面上，系统初始化以后传感器从各自零点开始自下而上开始扫描，直至需要的行程范围，扫描完成后，各传感器恢复到处于同一水平高度的初始位置，等待下一次的扫描。

总体上本实用新型具有运行平稳，实现了多轴同步运行，图像同步采集，且两者能够很好匹配的优点，通过采用激光技术，实现了快速，精准的扫描过程，满足了系统使用的要求，为后期的制作分析提供了重要的依据。

Claims (5)

1.一种激光三维扫描系统，包括控制终端机，其特征在于：所述的控制终端机包含有运动控制终端和采集控制终端，所述的运动控制终端连接有运动控制器，所述的运动控制器连接有驱动器，所述的驱动器与电机连接，所述的电机通过机械传动构件与传感器连接，所述的传感器在机械传动构件的带动下做上下移动扫描，所述的传感器包含有一个激光采集光源和两个摄影机，且每个摄影机上均连接安装有图像采集卡，所述的传感器与图像采集器连接，所述的图像采集器与采集控制终端连接，所述的采集控制终端和运动控制终端之间连接设置有协调器，所述的电机与驱动器之间设置有速度传感器，所述的电机与图像采集器之间设置有位置检测传感器，所述的机械传动机构为呈矩形框的立柱结构，所述的电机设置于立柱结构的底部，所述的电机通过联轴器连接有一个传动丝杆，所述的传感器套接在传动丝杆上，所述的立柱结构左侧面靠上位置设置有上限位开关，所述的立柱结构左侧面靠下位置设置有下限位开关，所述的立柱结构右侧面靠上位置设置有上原点开关，所述的立柱结构右侧面靠下位置设置有下原点开关，所述的上原点开关高度以地平面为基准面低于上限位开关高度，所述的下原点开关高度以地平面为基准面高于下限位开关高度。

2.根据权利要求1所述的一种激光三维扫描系统，其特征在于：所述的电机选用为伺服电机。

3.根据权利要求2所述的一种激光三维扫描系统，其特征在于：所述的电机控制方式选为半闭环控制系统。

4.根据权利要求1所述的一种激光三维扫描系统，其特征在于：所述的运动控制器同时控制四个驱动器，每个驱动器驱动一个电机。

5.根据权利要求1所述的一种激光三维扫描系统，其特征在于：所述的图像采集器上连接有四个传感器。