CN208171200U - 三维激光扫描仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种三维激光扫描仪，包括底座，底座的上部安装丝杆滑台，第1滑块上安装图像传感器；第1滑块上还固定安装调制器支撑架，调制器支撑架上铰接结构光调制器；底座的侧面安装水平导轨，水平导轨上可滑动安装工件夹持装置；工件夹持装置包括第2滑块、俯仰调节平台、第1支撑柱、曲柄连杆机构和舵机、转盘、转盘驱动电机和夹持臂。优点为：(1)图像传感器和结构光调制器共用同一套升降机构，从而减化了系统结构复杂度和占用空间，降低了整个装置的成本；(2)通过对工件夹持装置的结构进行设计，工件夹持装置整体结构为上下布置方式，从而有效减少整个装置在水平空间的占用体积，易布置使用。
Description
技术领域
本实用新型属于激光扫描技术领域，具体涉及一种三维激光扫描仪。
背景技术
随着3D打印机技术以及相关传感器处理器的发展，对工件的快速测绘的需求也越来越多。其中激光三维扫描技术具有高效率、高精度的独特优势，三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的物体模型。
现有的三维激光扫描仪，普遍具有结构复杂、占用空间大等优点，从而限制了其应用。
实用新型内容
针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种三维激光扫描仪，可有效解决上述问题。
本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型提供一种三维激光扫描仪，包括底座(1)，所述底座(1)的上部安装丝杆滑台(2)，所述丝杆滑台(2)包括垂直设置的丝杆(2.1)、套设于所述丝杆(2.1)的第1滑块(2.2)以及用于驱动所述丝杆(2.1)转动的丝杆驱动电机；在所述第1滑块(2.2)上安装图像传感器(3)；在所述第1滑块(2.2)上还固定安装调制器支撑架(4)，所述调制器支撑架(4)上铰接结构光调制器(5)；所述结构光调制器(5)位于所述图像传感器(3)的上方；
所述底座(1)的侧面安装水平导轨(6)，所述水平导轨(6)上可滑动安装工件夹持装置(7)；所述工件夹持装置(7)包括第2滑块(7.1)、俯仰调节平台(7.2)、第1支撑柱(7.3)、曲柄连杆机构(7.4)和舵机(7.5)、转盘(7.6)、转盘驱动电机和夹持臂(7.7)；所述第2滑块(7.1)安装于所述水平导轨(6)上面；所述俯仰调节平台(7.2)的一端与所述第1支撑柱(7.3)的顶端铰接，所述第1支撑柱(7.3)的底端固定到所述第2滑块(7.1)的表面；所述俯仰调节平台(7.2)的另一端与所述曲柄连杆机构(7.4)的一端铰接，所述曲柄连杆机构(7.4)的另一端与所述舵机(7.5)连接；所述舵机(7.5)设置于所述第2滑块(7.1)上面；在所述俯仰调节平台(7.2)的上面可转动安装所述转盘(7.6)，所述转盘(7.6)与所述转盘驱动电机连接；所述转盘(7.6)上面安装所述夹持臂(7.7)；
所述丝杆驱动电机、所述舵机(7.5)、所述转盘驱动电机、所述图像传感器(3)和所述结构光调制器(5)均连接到控制器。
优选的，还包括用于驱动所述第2滑块(7.1)沿所述水平导轨(6)滑动的第2滑块运动驱动机构。
本实用新型提供的三维激光扫描仪具有以下优点：
(1)图像传感器3和结构光调制器5共用同一套升降机构，从而减化了系统结构复杂度和占用空间，降低了整个装置的成本；
(2)通过对工件夹持装置的结构进行设计，工件夹持装置整体结构为上下布置方式，即：将夹持臂布置于转盘上面，将转盘布置于俯仰调节平台上面，从而有效减少整个装置在水平空间的占用体积，易布置使用。
附图说明
图1为本实用新型提供的三维激光扫描仪的结构示意图；
图2为本实用新型提供的工件夹持装置的结构示意图；
图3为本实用新型提供的三维激光扫描仪的原理框图；
图4为本实用新型提供的三维激光扫描仪的成像原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型是一种由多自由度待扫描工件夹持平台，多个结构光发射器和多个图像传感器组成的、具有获取工件表面的三维形状以及纹理信息的三维激光扫描仪，属于测绘与测量领域。为对工件进行快速测量测绘和三维重建提供一种实验研究平台。
本实用新型以结构光三维成像原理为基础，主要包括控制器、以及控制器自动控制的两自由度工件夹持平台和传感器移动平台，构建了一种可以自动扫描物体表面的三维激光扫描系统。
本实用新型主要原理为：传感器移动平台包括图像传感器3和结构光调制器5；并且，通过电机可驱动图像传感器3和结构光调制器5升降，从而调节图像传感器3和结构光调制器5的高度。
由于三维成像传感器一次只能对物体一部分进行成像，为了获取完整的物体表面信息，需要对工件进行旋转移动让其各个部分都暴露在三维成像传感器下。因此，设计了两自由度工件夹持平台，用于夹持工件，并可在控制器的控制下，使工件旋转以及进行倾斜角度的调节，从而在控制器的协调下，根据扫描的需求自动使工件运动。
参考图1和图2，本实用新型提供的一种三维激光扫描仪，包括底座1，底座1的上部安装丝杆滑台2，丝杆滑台2包括垂直设置的丝杆2.1、套设于丝杆2.1的第1滑块2.2以及用于驱动丝杆2.1转动的丝杆驱动电机；在第1滑块2.2上安装图像传感器3；在第1滑块2.2上还固定安装调制器支撑架4，调制器支撑架4上铰接结构光调制器5；结构光调制器5位于图像传感器3的上方；因此，通过丝杆驱动电机，可带动丝杆滑台进行升降运动，从而调节了图像传感器3和结构光调制器5的高度。另外，由于结构光调制器5和调制器支撑架4铰接，因此，可调节结构光调制器5相对于图像传感器3的角度。
底座1的侧面安装水平导轨6，水平导轨6上可滑动安装工件夹持装置7；工件夹持装置用于夹持被扫描成像的工件，并可以进行旋转和倾斜，从而可以在控制器的协调下，根据扫描的需求自动运动。
工件夹持装置7机械结构的构成：(1)由一对夹持臂组成，用于把工件固定在平台上。(2)由一个转盘组成，并有电机进行控制，以使夹持臂进行旋转。(3)由臂结构构成，可以在舵机的控制下带动夹持臂和转盘倾斜。
具体的，工件夹持装置7包括第2滑块7.1、俯仰调节平台7.2、第1支撑柱7.3、曲柄连杆机构7.4和舵机7.5、转盘7.6、转盘驱动电机和夹持臂7.7；
第2滑块7.1安装于水平导轨6上面；还包括用于驱动第2滑块7.1沿水平导轨6滑动的第2滑块运动驱动机构。因此，通过第2滑块运动驱动机构，可调节工件夹持装置相对于图像传感器3和结构光调制器5的水平距离。
参考图2，俯仰调节平台7.2的一端与第1支撑柱7.3的顶端铰接，第1支撑柱7.3的底端固定到第2滑块7.1的表面；俯仰调节平台7.2的另一端与曲柄连杆机构7.4的一端铰接，曲柄连杆机构7.4的另一端与舵机7.5连接；舵机7.5设置于第2滑块7.1上面；通过舵机带动曲柄连杆机构7.4动作，从而调节俯仰调节平台7.2的俯仰角度。
在俯仰调节平台7.2的上面可转动安装转盘7.6，转盘7.6与转盘驱动电机连接；转盘7.6上面安装夹持臂7.7；因此，转盘驱动电机可通过转盘带动夹持臂旋转。
丝杆驱动电机、舵机7.5、转盘驱动电机、图像传感器3和结构光调制器5均连接到控制器。实际应用中，控制器可以采用INTEL的NUC7I5DNBE微型主机，其具有4核CPU，能满足系统较高的数据处理需求。
下面介绍一种具体的三维激光扫描仪的工作原理：
三维激光扫描仪的三维成像部分主要由结构光调制器和图像传感器构成，结构光调制器可以是一线或多线激光器，与图像传感器互成一段距离和角度摆放。在结构光调制器是一线激光器的情况下，激光器发射激光照射到目标表面上。图像传感器采集到激光器照射到目标表面的光斑。通过分析光斑在图像中的位置，获取该点目标距离传感器的距离和角度，从而得到目标在三维空间中的坐标。
参考图3，在具体实现上，硬件部分主要由控制处理器，运动机构，三维成像传感器构成。配套的上位机控制软件运行计算机上，提供人员操作面板与结果显示。当人员通过软件发出扫描指令时，通过USB通用串口总线发送到控制处理器上。控制处理器控制运动机构与三维成像传感器一起协同进行扫描，对三维成像传感器传回的图像数据进行处理并三维重建，最后发回上位机进行结果显示。
本实用新型提供的三维激光扫描仪具有以下优点：
(1)图像传感器3和结构光调制器5共用同一套升降机构，从而减化了系统结构复杂度和占用空间，降低了整个装置的成本；
(2)通过对工件夹持装置的结构进行设计，工件夹持装置整体结构为上下布置方式，即：将夹持臂布置于转盘上面，将转盘布置于俯仰调节平台上面，从而有效减少整个装置在水平空间的占用体积，易布置使用。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种三维激光扫描仪，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)的上部安装丝杆滑台(2)，所述丝杆滑台(2)包括垂直设置的丝杆(2.1)、套设于所述丝杆(2.1)的第1滑块(2.2)以及用于驱动所述丝杆(2.1)转动的丝杆驱动电机；在所述第1滑块(2.2)上安装图像传感器(3)；在所述第1滑块(2.2)上还固定安装调制器支撑架(4)，所述调制器支撑架(4)上铰接结构光调制器(5)；所述结构光调制器(5)位于所述图像传感器(3)的上方；
所述底座(1)的侧面安装水平导轨(6)，所述水平导轨(6)上可滑动安装工件夹持装置(7)；所述工件夹持装置(7)包括第2滑块(7.1)、俯仰调节平台(7.2)、第1支撑柱(7.3)、曲柄连杆机构(7.4)和舵机(7.5)、转盘(7.6)、转盘驱动电机和夹持臂(7.7)；所述第2滑块(7.1)安装于所述水平导轨(6)上面；所述俯仰调节平台(7.2)的一端与所述第1支撑柱(7.3)的顶端铰接，所述第1支撑柱(7.3)的底端固定到所述第2滑块(7.1)的表面；所述俯仰调节平台(7.2)的另一端与所述曲柄连杆机构(7.4)的一端铰接，所述曲柄连杆机构(7.4)的另一端与所述舵机(7.5)连接；所述舵机(7.5)设置于所述第2滑块(7.1)上面；在所述俯仰调节平台(7.2)的上面可转动安装所述转盘(7.6)，所述转盘(7.6)与所述转盘驱动电机连接；所述转盘(7.6)上面安装所述夹持臂(7.7)；
所述丝杆驱动电机、所述舵机(7.5)、所述转盘驱动电机、所述图像传感器(3)和所述结构光调制器(5)均连接到控制器。
2.根据权利要求1所述的三维激光扫描仪，其特征在于，还包括用于驱动所述第2滑块(7.1)沿所述水平导轨(6)滑动的第2滑块运动驱动机构。
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