CN206930271U - 3d扫描仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种3D扫描仪，由测头(1)、支架(2)和转台(3)组成，测头(1)安装在支架(2)上端，面对转台(3)，测头(1)包括多个相机。本实用新型转台的特殊结构可以放置不同大小的物体，可以放置较大物体；测头的激光投影组件加多相机测头的组合提高了测头的量程，反射镜加激光投影组件的布置，提高了测头布置的灵活性，减小测头尺寸；测头和支架的灵活安装方式，给测头提供最佳的测量位置。相比传统技术，本实用新型通过一系列技术改进，使得扫描范围增加5倍以上，并且产品尺寸更小。

Description

3D扫描仪

技术领域

本实用新型涉及光学检测领域，尤其涉及一种新颖的3D扫描仪。

背景技术

现有比较成熟的便携式桌面类3D扫描仪技术是结构光三维扫描技术,通过结构光编码，实现对物体外表面的一次性测量，具有速度快和精度高的明显优势，基于投影的结构光三维扫描技术已成为目前的主流技术手段。但是，现有的基于投影结构光三维扫描技术，其单次扫描只能获取物体一个角度的三维形貌，要实现完整的物体扫描，需要移动扫描装置，拍摄多个角度的物体三维信息，为实现多角度获取的三维数据的配准，现有技术多采用在一个旋转平台上放置被测物，物体受控旋转一周，从而实现对物体整个外表面的完整扫描。

如图1所示,现有技术方案通常由测头1,支架2,旋转台3组成。通过支架2抬高测头1的位置，测量旋转台3上放置的被测物的3D 形貌。

如图2所示,测头1通常由结构光投影系统11和相机12组成。结构光投影系统11将编码条纹投影到被测物体上，相机12接受到物体上的条纹信息，通过某种算法可求出被测物的表面形貌。

如图3所示,支架2只能在箭头所示的方向调节，即，支架2上的旋转轴垂直于纸面。

综合以上，现有技术存在以下问题：

(1)旋转台尺寸较大，使用不方便，更不适用于随身携带；

(2)测量物体的尺寸范围受到限制，转台无法放置体积较大物；

(3)测量范围小，测头无法识别较大物体；

(4)受到测头中投影组件的尺寸限制，测头结构布局不灵活；

(5)测头调节范围小，也导致无法识别大物体。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提出一种新颖的3D扫描仪，该扫描仪能显著增大扫描范围，减小扫描仪设备尺寸,并大幅提高扫描的性能。

本实用新型的3D扫描仪，由测头1、支架2和转台3组成，测头1安装在支架2上端，面对转台3，测头1包括多个相机，其特征在于

支架2包括连接件21、活动支架杆22和固定支架杆23；固定支架杆23包括底盘2301和两个形状相同的大致长方体杆2302，两个长方体杆2302沿Y方向并列地竖直立在底盘2301上，两者固定连接；长方体杆2302面向活动支架杆22一侧沿着杆的长度方向开有梯形槽，该梯形槽大致位于该侧中央位置；长方体杆2302上部具有朝向活动支架杆22的贯穿的顶丝孔，用于将固定支架杆23固定到活动支架杆22上；活动支架杆22包括Y方向的竖直片2201和位于竖直片 2201顶部的固定部2202，竖直片2201包括支柱及其顶部的连接部，固定部2202位于竖直片2201顶部，沿X轴方向开有通孔，用于通过固定装置与连接件21相连；竖直片2201两侧，面对固定支架杆23 所开梯形槽的位置，具有与该梯形槽形状对应的突出部，该突出部沿 Y方向延伸，便于固定支架杆23的梯形槽与其配合，形成燕尾槽结构，使活动支架杆22可以沿着固定支架杆23在Y方向上滑动，以便调节测头1的高度，高度调节到位后，通过固定装置经由顶丝孔使活动支架杆22与固定支架杆23保持相对位置固定；连接件21包括通孔部2101和定位台2102，通孔部2101沿X方向开有通孔，便于与竖直片2201的连接部通孔经由固定装置固定连接，但通孔部2101，继而连接件21可以绕X轴转动；定位台2102位于通孔部2101上方，将测头1固定于其上；通孔部2101和定位台2102固定连接；在定位台2102上沿Y方向具有一个通孔，测头1底部在相应位置也具有一个孔，通过固定装置经由这两个孔将测头1与活动支架杆22固定连接，但测头1可以绕Y轴转动。

在本实用新型的一个实施例中，活动支架杆22包括Y方向的竖直片2201和位于竖直片2201顶部一侧的固定部2202，竖直片2201 包括左右两个支柱及其顶部的连接部。

在本实用新型的一个实施例中，高度调节到位后，通过螺钉穿过顶丝孔顶到活动支架杆22上而将活动支架杆22与固定支架杆23固定连接。

在本实用新型的一个具体实施例中，定位台2102的上表面是平面。

在本实用新型的一个具体实施例中，定位台2102的上表面含有凹部，内置防滑装置，测头1安装于其上。

在本实用新型的一个实施例中，测头1包括外壳101、相机组102、投影器103和反射镜104；外壳101形状根据其内所包含的测头1的其他部件确定；相机组102包括多个相机102-1、102-2…102-N，将相机分为并排放置的左右两组，两组相机数量相同，相机镜头均面朝放在转台3上的被测物；相机组分别固定在外壳101上；投影器103 也固定在外壳101中，投影器103对准被测物发射光线。

在本实用新型的一个实施例中，测头1包括外壳101、相机组102、投影器103和反射镜104；外壳101形状根据其内所包含的测头1的其他部件确定；相机组102包括多个相机102-1、102-2…102-N，将相机分为并排放置的左右两组，相机镜头均面朝放在转台3上的被测物；相机组分别固定在外壳101上；投影器103也固定在外壳101中，位于相机组102下部，投影器103出光口附近45度夹角放置反射镜 104，反射镜104完全卡在外壳101中；从投影器103出光口发射的光线光轴与反射镜104成45度夹角，经过反射镜104的反射，光线平行发射向被测物。

在本实用新型的一个具体实施例中，N为偶数，两组相机数量相同。

在本实用新型的一个实施例中，转台3包括大转盘和小转盘。

本实用新型转台的特殊结构可以放置不同大小的物体，可以放置较大物体；测头的激光投影组件加多相机测头的组合提高了测头的量程，反射镜加激光投影组件的布置，提高了测头布置的灵活性，减小测头尺寸；测头和支架的灵活安装方式，给测头提供最佳的测量位置。相比传统技术，本实用新型通过一系列技术改进，使得扫描范围增加 5倍以上，并且产品尺寸更小。其突出的技术特点表述如下：

1、精密转台+可替换转盘设计

转台的特殊结构可以放置不同大小的物体。

2、激光投影组件+多相机测头在3D扫描中的应用

测头的激光投影组件加多相机测头组合提高了测头的量程；反射镜加激光投影组件的布置，提高了测头布置的灵活性，减小测头尺寸。

3、测头和支架连接件的特殊结构。

测头和支架的灵活安装方式，给测头提供最佳的测量位置。

附图说明

图1示出现有技术3D扫描仪系统组成示意图；

图2示出现有技术3D扫描仪的测头结构；

图3示出现有技术3D扫描仪的支架调节；

图4示出本实用新型3D扫描仪系统组成示意图；

图5示出本实用新型3D扫描仪的支架图，其中图5(a)示出支架总体图，图5(b)示出固定支架杆23的局部放大图，图5(c)示出固定支架杆23与活动支架杆22相配合的燕尾槽结构；

图6示出本实用新型3D扫描仪的测头布置图；

图7示出本实用新型3D扫描仪的立式布置图。

具体实施方式

如图4所示，本实用新型的3D扫描仪主要由测头1、支架2和转台3组成，测头1安装在支架2上端，面对转台3。为突出实用新型主题，转台3的支撑部未示出，其通过本领域技术人员熟知的技术实现。

图5具体示出测头1与支架2的连接方式。支架2包括连接件 21、活动支架杆22和固定支架杆23。固定支架杆23包括底盘2301 和两个形状相同的大致长方体杆2302，两个长方体杆2302沿Y方向并列地竖直立在底盘2301上，两个长方体杆2302底部具有连接部，两个长方体杆2302通过其连接部与底盘2301固定连接；长方体杆 2302面向活动支架杆22一侧沿着杆的长度方向(即Y方向)开有梯形槽，如图5右侧局部放大图所示，该梯形槽大致位于该侧中央位置；长方体杆2302上部具有朝向活动支架杆22的贯穿(即沿Z方向)的顶丝孔，用于将固定支架杆23固定到活动支架杆22上。活动支架杆 22包括Y方向的竖直片2201和位于竖直片2201顶部一侧的固定部 2202，为美观起见，竖直片2201包括左右两个支柱及其顶部的连接部，固定部2202位于竖直片2201顶部一侧，沿X轴方向开有通孔，用于通过例如螺钉的固定装置与连接件21相连；竖直片2201两侧，面对固定支架杆23所开梯形槽的位置，具有与该梯形槽形状对应的突出部，如图5(c)所示，该突出部沿Y方向延伸，便于固定支架杆23梯形槽与其配合，形成燕尾槽结构，使活动支架杆22可以沿着固定支架杆23在Y方向上滑动，以便调节测头1的高度，高度调节到位后，通过螺钉穿过顶丝孔顶到活动支架杆22上而将活动支架杆 22与固定支架杆23固定连接。连接件21包括通孔部2101和定位台 2102，通孔部2101沿X方向开有通孔，便于与竖直片2201的连接部通孔经由例如螺钉的固定装置固定连接，但通孔部2101(继而连接件21)可以绕X轴转动；定位台2102位于通孔部2101上方，其上表面可以是平面，便于将测头1固定于其上，其上表面也可以含有凹部(如图5所示)，将例如橡胶垫的防滑装置置于凹部中，再将测头 1安装于其上，增大摩擦，利于稳固地固定；通孔部2101和定位台 2102固定连接，通常可以一体化制造；在定位台2102上沿Y方向具有一个通孔，测头1底部在相应位置也具有一个孔，通过固定装置经由这两个孔将测头1与活动支架杆22固定连接，但测头1可以绕Y 轴转动。

如上所述，测头可以有两个旋转自由度，即在连接件21的通孔部2101处绕X轴转动，和在连接件21的定位台2102的通孔处绕Y 轴转动。

如图6所示，测头1包括外壳101、相机组102、投影器103和反射镜104。外壳101形状根据其内所包含的测头1的其他部件确定。根据实际需要，相机组102包括多个相机102-1、102-2…102-N，N 通常为偶数，将相机分为并排放置的左右两组，两组相机数量相同，相机镜头均面朝放在转台3上的被测物。相机组分别固定在外壳101 上，例如，可以采用四个M2的自攻螺钉进行紧固；投影器103也固定在外壳101中，位于相机组102下部，投影器103出光口附近45 度夹角放置反射镜104，反射镜104完全卡在外壳101中。从投影器 103出光口发射的光线光轴与反射镜104成45度夹角，经过反射镜 104的反射，光线平行发射向被测物。本实用新型主要是基于使测头 1整体体积减小的目的设置了反光镜104，因为出于该目的，本实用新型所用投影器103只能横向放置，因此必须设置反光镜；如果不考虑体积，也可以不采用反射镜104，只需要将投影器103对准被测物发射光线即可。本实用新型经过如此安排，测头的结构更加紧凑，尺寸更小。

采用相机组102与投影器103(例如采用激光投影组件)可显著提高扫描范围，并具有良好的扩展性。例如，增加相机数量可以增大视场。

如图4和7所示，根据被测物体积大小，可以选择大转盘或小转盘，根据被测物高低，可以将测头1安装成如图4(被测物低)或如图7(被测物高)所示。

本实用新型通过优化设计，可选用大小不同的转台3来放置不同大小的物体，测头1的激光投影加多测头组合更是提高了测头1的量程，测头1和支架2的灵活安装方式，给测头1提供最佳的测量位置，反射镜加激光投影组件的布置，提高了测头1布置的灵活性，减小测头尺寸。综合上述，本实用新型通过一系列改进，相比传统技术，扫描范围增加5倍以上，同时产品尺寸更小。

Claims (10)

1.一种3D扫描仪，由测头(1)、支架(2)和转台(3)组成，测头(1)安装在支架(2)上端，面对转台(3)，测头(1)包括多个相机，其特征在于

支架(2)包括连接件(21)、活动支架杆(22)和固定支架杆(23)；固定支架杆(23)包括底盘(2301)和两个形状相同的长方体杆(2302)，两个长方体杆(2302)沿Y方向并列地竖直立在底盘(2301)上，两者固定连接；长方体杆(2302)面向活动支架杆(22)一侧沿着杆的长度方向开有梯形槽，该梯形槽位于该侧中央位置；长方体杆(2302)上部具有朝向活动支架杆(22)的贯穿的顶丝孔，用于将固定支架杆(23)固定到活动支架杆(22)上；活动支架杆(22)包括Y方向的竖直片(2201)和位于竖直片(2201)顶部的固定部(2202)，竖直片(2201)包括支柱及其顶部的连接部，固定部(2202)位于竖直片(2201)顶部，沿X轴方向开有通孔，用于通过固定装置与连接件(21)相连；竖直片(2201)两侧，面对固定支架杆(23)所开梯形槽的位置，具有与该梯形槽形状对应的突出部，该突出部沿Y方向延伸，便于固定支架杆(23)的梯形槽与其配合，形成燕尾槽结构，使活动支架杆(22)可以沿着固定支架杆(23)在Y方向上滑动，以便调节测头(1)的高度，高度调节到位后，通过固定装置经由顶丝孔使活动支架杆(22)与固定支架杆(23)保持相对位置固定；连接件(21)包括通孔部(2101)和定位台(2102)，通孔部(2101)沿X方向开有通孔，便于与竖直片(2201)的连接部通孔经由固定装置固定连接，但通孔部(2101)、继而连接件(21)可以绕X轴转动；定位台(2102)位于通孔部(2101)上方，将测头(1)固定于其上；通孔部(2101)和定位台(2102)固定连接；在定位台(2102)上沿Y方向具有一个通孔，测头(1)底部在相应位置也具有一个孔，通过固定装置经由这两个孔将测头(1)与活动支架杆(22)固定连接，但测头(1)可以绕Y轴转动。

2.如权利要求1所述的3D扫描仪，其中活动支架杆(22)包括Y方向的竖直片(2201)和位于竖直片(2201)顶部一侧的固定部(2202)，竖直片(2201)包括左右两个支柱及其顶部的连接部。

3.如权利要求1所述的3D扫描仪，其中高度调节到位后，通过螺钉穿过顶丝孔顶到活动支架杆(22)上而将活动支架杆(22)与固定支架杆(23)固定连接。

4.如权利要求1所述的3D扫描仪，其中定位台(2102)的上表面是平面。

5.如权利要求1所述的3D扫描仪，其中定位台(2102)的上表面含有凹部，内置防滑装置，测头(1)安装于其上。

6.如权利要求1所述的3D扫描仪，其中测头(1)包括外壳(101)、相机组(102)、投影器(103)和反射镜(104)；相机组(102)包括多个相机(102-1、102-2…102-N)，将相机分为并排放置的左右两组，相机镜头均面朝放在转台(3)上的被测物；相机组分别固定在外壳(101)上；投影器(103)也固定在外壳(101)中，投影器(103)对准被测物发射光线。

7.如权利要求6所述的3D扫描仪，其中N为偶数，两组相机数量相同。

8.如权利要求1所述的3D扫描仪，其中测头(1)包括外壳(101)、相机组(102)、投影器(103)和反射镜(104)；相机组(102)包括多个相机(102-1、102-2…102-N)，将相机分为并排放置的左右两组，相机镜头均面朝放在转台(3)上的被测物；相机组分别固定在外壳(101)上；投影器(103)也固定在外壳(101)中，位于相机组(102)下部，投影器(103)出光口附近45度夹角放置反射镜(104)，反射镜(104)完全卡在外壳(101)中；从投影器(103)出光口发射的光线光轴与反射镜(104)成45度夹角，经过反射镜(104)的反射，光线平行发射向被测物。

9.如权利要求8所述的3D扫描仪，其中N为偶数，两组相机数量相同。

10.如权利要求1所述的3D扫描仪，其中转台(3)包括大转盘和小转盘。