CN208223391U - 无滑环式旋转彩色三维建模装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了无滑环式旋转彩色三维建模装置，包括支撑保护与滤镜模块、激光发射模块、激光接收模块、电机旋转模块及电子电路模块，其中驱动激光发射模块和激光接收模块安装在电机旋转模块的输出端、且均与电子电路模块连接，激光发射模块用于发射点状激光、线状激光或点线状激光至目标区域内，激光接收模块用于接收目标区域内物体反射的反射光线；支撑保护与滤镜模块内侧或外侧设有全景相机模块；电机旋转模块带动激光发射模块和激光接收模块旋转，实现度的三维扫描，通过结合全景相机模块的彩色信息，实现三维的彩色建模。本实用新型通过导电轴承实现旋转部分的供电问题，具有高集成的特点，促使系统尺寸小，且便于安装。

Description

无滑环式旋转彩色三维建模装置

技术领域

本实用新型属于光电技术领域，特别涉及无滑环式旋转彩色三维建模装置。

背景技术

传统的图像技术多指二维平面图像，其单张图像不具备深度信息，随着技术的发展，越来越多的应用场景希望能够获得三维彩色信息，例如，相应的方案包括：双目视觉方案、红外结构光结合摄像头方案、脉冲式激光扫描结合摄像头方案等。双目视觉方案在图像处理过程中需要大量的计算实现特征点的匹配等，且当距离较远的时候，双目无法实现三维的构建；红外结构光结合摄像头方案适合近距离的三维构建；脉冲式激光扫描结合摄像头方案能够同时测量的距离较远和较近的地方，且具有高精度的特点。对于利用脉冲激光三维建模的方式是现阶段主要分为三种方式：相控阵的全固态激光雷达、利用MEMS的半固态激光雷达、机械式旋转扫描式激光雷达，其中全固态激光雷达利用波的相干性进行控制雷达的扫描，半固态激光雷达利用MEMS振动进行激光的偏振扫描，采用同光路接受时，面临MEMS振镜尺寸小，难以做大的困扰；采用非同光路方式的单点接受时，其将接收大量的环境光，引起信号噪声，不利于进行信号处理。采用机械式旋转扫描式激光雷达则由于引入机械零件，为实现扫描，其机械结构比较复杂，且寿命受到滑环的限制。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供无滑环式旋转彩色三维建模装置，其对传统的机械式三维激光雷达结构进行了改进，不是通过对单点发射和接收方式进行复制，达到三维测量的目的，而是将发射的单点激光变为线状激光或点线状激光，从而减少了大量的机械结构件和装配工作；且为了避免滑环的寿命问题，本实用新型采用导电轴承的方案。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

无滑环式旋转彩色三维建模装置，包括支撑保护与滤镜模块及设置于所述支撑保护与滤镜模块内的激光发射模块、激光接收模块、电机旋转模块及电子电路模块，其中激光发射模块和激光接收模块安装在电机旋转模块的旋转输出端、且均与电子电路模块连接，所述激光发射模块用于发射点状激光、线状激光或点线状激光至目标区域内，所述激光接收模块用于接收所述目标区域内物体反射的反射光线；所述支撑保护与滤镜模块内侧或外侧设有全景相机模块；所述电机旋转模块带动激光发射模块和激光接收模块旋转，实现360度的三维扫描，通过结合所述全景相机模块的彩色信息，实现三维的彩色建模。

所述电机旋转模块包括电机转动组件和电机固定组件，所述电机转动组件包括转子和与所述转子固定连接的转动架，所述电机固定组件位于所述转子和所述转动架之间、且通过导电轴承模块与所述转动架连接，所述激光发射模块和激光接收模块与所述转动架连接。

所述电子电路模块包括分别设置于所述电机旋转模块两端的第一电路板和第二电路板，所述第一电路板与所述转动架连接，所述第二电路板与所述电机固定组件连接，所述第一电路板和所述第二电路板通过与所述导电轴承模块连接的导线连接，所述第二电路板为第一电路板供电。

所述导电轴承模块包括第一导电轴承和第二导电轴承，所述第二电路板供电的正极通过导线与第一导电轴承或第二导电轴承的外圈连接，所述第二电路板供电的负极通过导线与第二导电轴承或第一导电轴承的外圈连接，所述第一电路板的正极通过导线与第一导电轴承或第二导电轴承的内圈连接，所述第一电路板的负极通过导线与第二导电轴承或第一导电轴承的内圈连接。

所述第一电路板上具有储能模块和第一光无线通信模块，所述储能模块用于所述第一电路板断电时的电量供给；所述第二电路板上设有第二无线通信模块，所述第一光无线通信模块与第二无线通信模块实现无线通信。

所述激光接收模块包括接收传感器和接收透镜，所述接收透镜用于将所述目标区域内物体反射的反射光线聚焦至接收传感器上，所述接收传感器用于接收光信号、且将接收的光信号转换为电信号输出。

当所述激光发射模块发射点状激光时，所述接收传感器为单点接收传感器；当所述激光发射模块发射线状激光或点线状激光时，所述接收传感器为线状接收传感器。

所述激光发射模块包括激光发射器，所述激光发射器发射点状激光；或者所述激光发射模块包括激光发射器和光学透镜，所述光学透镜将激光发射器发射出的点状激光变为线状激光；或者所述激光发射模块包括激光发射器和MEMS振镜，所述MEMS振镜通过振动将激光发射器发射出的点状激光转变为点线状激光。

所述支撑保护与滤镜模块包括支撑保护组件和设置于所述支撑保护组件透光口上的滤光罩，所述滤光罩用于对过滤非激光波长的光线。

所述全景相机模块布置在所述电机旋转模块的下方，包含至少两个摄像头；多个摄像头在一个径向平面上均匀分布。

本实用新型的优点及有益效果是：

1.本实用新型采用导电轴承方式，没有使用滑环结构，提高系统寿命。

2.本实用新型提出线状扫描或点线状扫描的方式，相对传统多个单点并列的扫描方式，机械结构简单，装配方便。

3.本实用新型具有高集成的特点，促使系统尺寸小，且便于安装。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中点状发射激光和接收的原理示意图；

图3为本实用新型一实施例中线状发射激光和接收的原理示意图；

图4为本实用新型一实施例中点线状发射激光和接收的原理示意图；

图5为本实用新型另一实施例的结构示意图。

图中：1为激光发射模块；11为激光发射器；12为光学透镜；13为MEMS振镜；2为激光接收模块；21为接收传感器；21-1为单点接收传感器；21-2为线状接收传感器；22为接收透镜；3为电机旋转模块；31为电机转动组件；311为转动架；32为电机固定组件；4为电子电路模块；41为第一电路板；411为第一光无线通信模块；412为储能模块；42为第二电路板；421为第二无线通信模块； 422为发射接收模组；5为导电轴承模块；51为第一导电轴承；52为第二导电轴承；6为全景相机模块；7为支撑保护与滤镜模块；71为支撑保护组件；711为固定连接孔；712为装置电源与数据输出输入口；72为滤光罩；8为物体。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，本实用新型提供的无滑环式旋转彩色三维建模装置，包括支撑保护与滤镜模块7及设置于支撑保护与滤镜模块7内的激光发射模块1、激光接收模块2、电机旋转模块3、电子电路模块4及全景相机模块6，其中激光发射模块1和激光接收模块2安装在电机旋转模块3的旋转输出端、且均与电子电路模块4连接，激光发射模块1用于发射点状激光、线状激光或点线状激光至目标区域内，激光接收模块2用于接收目标区域内物体反射的反射光线，通过计算激光发射模块1发射时间与激光接收模块2接收到的时间差，计算物体上被激光照射到的点与装置的距离；电机旋转模块3带动激光发射模块1和激光接收模块2旋转，实现360度的三维扫描，通过结合全景相机模块6的彩色信息，实现三维的彩色建模。

支撑保护与滤镜模块7包括支撑保护组件71和设置于支撑保护组件71透光口上的滤光罩72，滤光罩72为圆柱桶形，对于激光波长的光线具有增透作用，对于非激光波长的光线具有滤光作用；装置对外的固定连接孔711位于装置底部，装置电源与数据输出输入口712位于装置底部。全景相机模块6布置在电机旋转模块3的下方、且固定在支撑保护组件71上。全景相机模块6包含至少两个摄像头；多个摄像头在一个径向平面上均匀分布。

激光发射模块1和激光接收模块2沿着装置轴向上下布置，发射出装置的激光或其延长线与装置轴线相交；激光接收模块2的接收透镜的轴线与装置轴线相交。

电机旋转模块3包括电机转动组件31和电机固定组件32，电机转动组件31包括转子和与转子固定连接的转动架311，电机固定组件32位于转子和转动架311之间、且通过导电轴承模块5与转动架311连接，激光发射模块1和激光接收模块2与转动架311连接。

电子电路模块4包括分别设置于电机旋转模块3两端的第一电路板41和第二电路板42，第一电路板41与转动架311连接，第二电路板42与电机固定组件32或支撑保护与滤镜模块7连接，第一电路板41和第二电路板42通过与导电轴承模块5连接的导线连接，第二电路板42通过导电轴承模块5为第一电路板41供电。

导电轴承模块5包括第一导电轴承51和第二导电轴承52，第二电路板42供电的正极通过导线与第一导电轴承51或第二导电轴承52的外圈连接，第二电路板42供电的负极通过导线与第二导电轴承52或第一导电轴承51的外圈连接，第一电路板41的正极通过导线与第一导电轴承51或第二导电轴承52的内圈连接，第一电路板 41的负极通过导线与第二导电轴承52或第一导电轴承51的内圈连接。

第一电路板41上具有储能模块412和第一光无线通信模块 411，储能模块412用于第一电路板41短时间断电时的电量供给；第二电路板42上设有第二无线通信模块421和发射接收模组422，第一光无线通信模块411与第二无线通信模块421通过无线方式实现数据传输，优先采用光电管无线通信。

电机转动组件31相对于电机固定组件32转动的角度通过光电码盘、磁编码器中的一种方式测量，优先采用反射式光电码盘方式实现，电机转动组件31的一零件上具有刻线，发射接收模组422测旋转时经过发射接收模组422刻线的数量得到电机转动组件31相对于电机固定组件32转动的角度。

激光接收模块2包括接收传感器21和接收透镜22，接收透镜22用于将目标区域内物体反射的反射光线聚焦至接收传感器21 上，接收传感器21用于接收光信号、且将接收的光信号转换为电信号输出。通过计算激光发射模块1发射时间与接收传感器21的各传感接收单元接收到的时间差，计算物体上被激光照射到的点与装置的距离。

如图2所示，激光发射模块1包括激光发射器11，接收传感器21为单点接收传感器21-1，包含一个传感接收单元。激光发射器11发射点状激光至目标区域内的物体8上，物体8将点状激光反射至接收透镜22上，接收透镜22将反射激光聚焦至单点接收传感器 21-1上。

如图3所示，本实用新型另一实施例中，激光发射模块1包括激光发射器11和光学透镜12，收传感器21为线状接收传感器 21-2，包含多个传感接收单元。激光发射器11发射点状激光至光学透镜12上，光学透镜12将点状激光转换为线状激光至目标区域的物体上，物体将线状激光反射至接收透镜22上，接收透镜22将反射激光聚焦至线状接收传感器21-2上。

如图4所示，本实用新型另一实施例中，激光发射模块1包括激光发射器11和MEMS振镜13，MEMS振镜13通过振动将激光发射器11发射出的点状激光转变为点线状激光、且将点线状激光反射至目标区域的物体上，物体将反射激光再反射至接收透镜22上，接收透镜22将反射激光聚焦至线状接收传感器21-2上。MEMS振镜13在极限位置A和极限位置B之间振动。

本实用新型的工作原理是：

激光发射模块1发射出点状激光或线状激光或点线状激光，经过滤光罩72后，作用到物体上发生发射，部分激光将反射回装置，经过接收透镜22作用到接收传感器21上，当激光发射模块1发射的为点状激光时，接收传感器21为单点接收传感器21-1，包含一个传感接收单元；当激光发射模块1发射的为线状激光或点线状激光时，接收传感器21为线状接收传感器21-2，包含多个传感接收单元，通过计算激光发射模块1发射时间与接收传感器21的各传感接收单元接收到的时间差，计算物体上被激光照射到的点与装置的距离；通过电机旋转模块3带动激光发射模块1和激光接收模块2旋转，实现 360度的三维扫描；通过结合全景相机模块6的彩色信息，实现三维的彩色建模。

本实用新型另一实施例中，如图5所示，全景相机模块6可作为一个独立的全景相机装置，设置于支撑保护与滤镜模块7的外侧，进行激光扫描建模的部分作为一个独立的三维建模装置，两者可独立使用，也可通过机械接口和供电数据接口相互连接，作为一个彩色三维建模装置。

本实用新型通过导电轴承实现旋转部分的供电问题，并通过无线通信的方式实现固定部分与旋转部分的通信，该方法相对于基于滑环的实现方式，具有寿命长的特点。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，包括支撑保护与滤镜模块(7)及设置于所述支撑保护与滤镜模块(7)内的激光发射模块(1)、激光接收模块(2)、电机旋转模块(3)及电子电路模块(4)，其中激光发射模块(1)和激光接收模块(2)安装在电机旋转模块(3)的旋转输出端、且均与电子电路模块(4)连接，所述激光发射模块(1)用于发射点状激光、线状激光或点线状激光至目标区域内，所述激光接收模块(2)用于接收所述目标区域内物体反射的反射光线；所述支撑保护与滤镜模块(7)内侧或外侧设有全景相机模块(6)；所述电机旋转模块(3)带动激光发射模块(1)和激光接收模块(2)旋转，实现360度的三维扫描，通过结合所述全景相机模块(6)的彩色信息，实现三维的彩色建模。

2.根据权利要求1所述的无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，所述电机旋转模块(3)包括电机转动组件(31)和电机固定组件(32)，所述电机转动组件(31)包括转子和与所述转子固定连接的转动架(311)，所述电机固定组件(32)位于所述转子和所述转动架(311)之间、且通过导电轴承模块(5)与所述转动架(311)连接，所述激光发射模块(1)和激光接收模块(2)与所述转动架(311)连接。

3.根据权利要求2所述的无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，所述电子电路模块(4)包括分别设置于所述电机旋转模块(3)两端的第一电路板(41)和第二电路板(42)，所述第一电路板(41)与所述转动架(311)连接，所述第二电路板(42)与所述电机固定组件(32)连接，所述第一电路板(41)和所述第二电路板(42)通过与所述导电轴承模块(5)连接的导线连接，所述第二电路板(42)为第一电路板(41)供电。

4.根据权利要求3所述的无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，所述导电轴承模块(5)包括第一导电轴承(51)和第二导电轴承(52)，所述第二电路板(42)供电的正极通过导线与第一导电轴承(51)或第二导电轴承(52)的外圈连接，所述第二电路板(42)供电的负极通过导线与第二导电轴承(52)或第一导电轴承(51)的外圈连接，所述第一电路板(41)的正极通过导线与第一导电轴承(51)或第二导电轴承(52)的内圈连接，所述第一电路板(41)的负极通过导线与第二导电轴承(52)或第一导电轴承(51)的内圈连接。

5.根据权利要求3所述的无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，所述第一电路板(41)上具有储能模块(412)和第一光无线通信模块(411)，所述储能模块(412)用于所述第一电路板(41)断电时的电量供给；所述第二电路板(42)上设有第二无线通信模块(421)，所述第一光无线通信模块(411)与第二无线通信模块(421)实现无线通信。

6.根据权利要求1所述的无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，所述激光接收模块(2)包括接收传感器(21)和接收透镜(22)，所述接收透镜(22)用于将所述目标区域内物体反射的反射光线聚焦至接收传感器(21)上，所述接收传感器(21)用于接收光信号、且将接收的光信号转换为电信号输出。

7.根据权利要求6所述的无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，当所述激光发射模块(1)发射点状激光时，所述接收传感器(21)为单点接收传感器(21-1)；当所述激光发射模块(1)发射线状激光或点线状激光时，所述接收传感器(21)为线状接收传感器(21-2)。

8.根据权利要求1所述的无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，所述激光发射模块(1)包括激光发射器(11)，所述激光发射器(11)发射点状激光；或者所述激光发射模块(1)包括激光发射器(11)和光学透镜(12)，所述光学透镜(12)将激光发射器(11)发射出的点状激光变为线状激光；或者所述激光发射模块(1)包括激光发射器(11)和MEMS振镜(13)，所述MEMS振镜(13)通过振动将激光发射器(11)发射出的点状激光转变为点线状激光。

9.根据权利要求1所述的无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，所述支撑保护与滤镜模块(7)包括支撑保护组件(71)和设置于所述支撑保护组件(71)透光口上的滤光罩(72)，所述滤光罩(72)用于对过滤非激光波长的光线。

10.根据权利要求1所述的无滑环式旋转彩色三维建模装置，其特征在于，所述全景相机模块(6)布置在所述电机旋转模块(3)的下方，包含至少两个摄像头；多个摄像头在一个径向平面上均匀分布。