CN211042113U - 一种结构改进的三维模型扫描平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种结构改进的三维模型扫描平台，属于三维扫描技术领域。三维模型扫描平台包括支架及多台相机；支架包括环形支撑底座，安装在环形支撑底座上的旋转底座，用于驱使旋转底座转动的旋转驱动装置，及可拆卸地安装在旋转底座上的拱形支架；环形支撑底座包括环形基座及布设在环形基座的底部上的三个以上的三角支架，三角支架包括三根摆角可调的支撑杆及用于对支撑杆绕摆动轴的摆角位置进行锁定的摆角锁定机构。基于前述结构改进，在降低设备成本的同时，提高其设备调试安装的快速性，可广泛应用于影视道具、人物的逆向工程等领域中。

Description

一种结构改进的三维模型扫描平台

技术领域

本实用新型涉及三维扫描技术领域，具体地说，涉及一种结构改进的三维模型扫描平台。

背景技术

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现实世界的数据转换为计算机能直接处理的数字世界的数据，为物体的数字化提供了方便快捷的一种手段。三维扫描不仅能用于医疗、文物保护等领域。还可以用在场景创建上，为了达到逼真的效果、获得真实的场景，通过大场景三维扫描技术实现真实场景的复制和仿真无疑是一个比较好的选择，节省了资金、提高了效率。

例如，公开号为CN103263249A的专利文献中公开了一种多机位快速人体三维扫描系统，其包括多台位于人体周围的四台扫描仪组成，其虽然能通过在同一扫描仪上设置多个镜头实现上下全方位的扫描，但是其存在需要利用多台设备而导致成本高的问题，且其存在四台设备的支架基础等高难以调整的技术问题，尤其是针对尺寸较大的道具及不平整的扫描场地等使用状况。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种结构改进的三维模型扫描平台，以在降低设备成本的同时，提高其设备调试安装的快速性。

为了实现上述主要目的，本实用新型提供的三维模型扫描平台包括支架及安装在支架上的多台相机；支架包括环形支撑底座，可绕环形支撑底座的旋转对称中心轴线转动地安装在环形支撑底座上的旋转底座，用于驱使旋转底座转动的旋转驱动装置，及可拆卸地安装在旋转底座上的拱形支架；环形支撑底座的内环空间构成被扫描物的置物空间；拱形支架包括可拆卸地安装在旋转底座上的两侧竖向立架，可拆卸地支撑在两侧竖向立架的顶部上的弧形支架，固定在弧形支架上的固定式相机支座，及通过升降台而可沿竖向移动地安装在竖向立架上的升降式相机支座；环形支撑底座包括环形基座及布设在环形基座的底部上的三个以上的三角支架，三角支架包括三根摆角可调的支撑杆及用于对支撑杆绕摆动轴的摆角位置进行锁定的摆角锁定机构。

基于旋转底座与支撑底座的可转动配合及布设升降式相机支座，而可基于数量较少的摄像机实现三维模型的扫描，以降低设备成本；采用环形底座结构设置，并辅助以支撑点高度可调的三角支架，能有效地适配不平整的支撑底面，以适配不同的场景环境。

具体的方案为竖向立架包括两根以上的立杆，相邻接的两根立杆的端部通过连接组件可拆卸地固连，每根立杆上布设有一个以上的升降式相机支座；在弧形支架上，在旋转对称中心轴线的两侧各布设有一个以上的固定式相机支座。便于模块化制造及现场根据被扫描物的尺寸搭建不同高度的拱形支架。

具体的方案为升降式相机支座包括可沿立杆的轴向布置且可转动地安装在立杆上的丝杆，用于驱使丝杆转动的旋转驱动机构，及通过沿轴向布置的导轨滑块机构而可滑动地安装在立杆上的机座；机座上固设有与丝杆旋合的丝杆螺母。

具体的方案为连接组件包括套座，套座具有与立杆的端部可拆卸地套接的套槽；连接组件包括用于对套座与立杆端部的套接部分进行可拆卸锁定的锁紧螺钉。便于快速组装。

优选的方案为环形支撑底座包括固定在环形基座上的环形齿轮；旋转底座通过环形导轨而可转动地安装在环形基座上；旋转驱动装置包括固定在旋转底座上的旋转驱动电机，及套装在旋转驱动电机的转子轴上且与环形齿轮啮合的传递齿轮。

进一步的方案为三个以上的三角支架环绕旋转对称中心轴线均匀布置地固设在环形基座的下表面上。

进一步的方案为环形齿轮与传递齿轮为外齿啮合结构，二者构成减速传动齿轮机构。

优选的方案为环形导轨布设环形基座的顶端面上；旋转底座上安装有受环形导轨导向而绕旋转对称中心轴线转动的轴向支撑滚轮，轴向支撑滚轮至少用于提供沿旋转对称中心轴线的轴向布置的支撑；在环形导轨的径向上，旋转底座的外周面可转动地镶嵌有部分外露的滚珠，滚珠的外露部分滚动地支撑于环形支撑底座的一个环形内周面上；环形内周面为倒扣于外周面上方的L型环形构件的一个环形周面构成。利用支撑滚轮提供轴向滚动支撑，而利用滚珠提供径向滚动支撑，从而提高旋转底座与环形支撑底座之间的转动支撑的稳定性。

进一步的方案为环形导轨朝上凸起地固设在环形基座的顶端面上；在环形导轨的内外两侧导向面各支撑有一个以上的轴向支撑滚轮；旋转底座为与环形基座共旋转对称中心轴线的环形旋转底座。

优选的方案为相机支座包括云台，云台包括用于固定相机的球铰支座；锁定机构用于将支撑杆锁定在若干个预定摆角的位置处；支撑杆的底端部安装有底部橡皮脚垫，底部橡皮脚垫通过旋入螺孔深度可调的螺杆安装在底端部上，螺孔设于支撑杆的底面上且深度沿支撑杆的杆轴向布置；支撑杆在两相邻预定摆角位置之间的高度差小于等于底部橡皮脚垫的最大高度调整值。利用底部橡皮脚垫提供微高度调节，利用若干预定摆角进行大跳跃式高度调节，二者配合不仅能提高三角支架的调节精度，且能降低调节结构的成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的主体图；

图2为本实用新型实施例的立体图；

图3为本实用新型实施例中环形支撑座、环形旋转座之间的配合连接关系；

图4为本实用新型实施例中传递齿轮、环形齿轮及三角支架与环形支撑底座之间的连接结构；

图5为本实用新型实施例中三角支架与环形支撑底座之间的连接结构；

图6为本实用新型实施例的中三角支架的结构分解图；

图7为本实用新型实施例中两立杆之间的连接关系结构图；

图8为本实用新型实施例中立杆与弧形支架的连接关系结构图；

图9为本实用新型实施例中相机云台结构图；

图10为本实用新型实施例中相机云台结构分解图；

图11为本实用新型实施例中升降式相机支座的升降驱动机构的结构图；

图12为本实用新型实施例中旋转支座与环形支撑底座之间配合关系的局部结构示意图；

图13为图12所示结构的局部结构分解图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本实用新型作进一步说明。

实施例

参见图1至图13，本实用新型三维模型扫描平台包括支架1及安装在该支架1上的六台相机2，对于相机2的数量可根据实际结构设置及尺寸要求进行布置，并不局限于本实施例中的具体数值。

其中，支架1包括环形支撑底座3，与环形支撑底座3共旋转对称中心轴线且可绕旋转对称中心轴线转动地安装在该环形支撑底座3上的旋转底座4，用于驱使旋转底座4转动的旋转驱动装置5，及可拆卸地安装在旋转底座4上的拱形支架6。

环形支撑底座3包括环形基座30、布设在环形基座的底部上的八个三角支架31及固定在环形基座30上的环形齿轮38，在本实施例中，八个三角支架31环绕环形底座的旋转对称中心轴线均匀布置地固设在环形基座30的下表面上，且高度可上下调节5厘米至15厘米，优选为10厘米，其配合水平珠可快速调整器材水平；对于三角支架31的数量需根据实际重量及环形基座30的尺寸需要进行配置，并不局限于本实施例中的数量，通常需配置为3个以上，以实现三点以上的支撑。

旋转底座4通过环形导轨而可转动地安装在环形基座30上，旋转底座4顶部凸起地布设环形导轨39，弧度与旋转底座4一致，滚动支撑件70为橡胶轮，构成本实施例中的支撑滚轮，两排橡胶轮呈倒三角排布，使受力点集中在环形支架中间，从而对旋转底座4提供轴向上的支撑，及利用支撑滚轮与环形导轨39的侧面配合而提供径向限位力，实现受力均匀且噪音低的效果，构成本实施例中的环形导轨。环型支撑底座4的顶部由外罩结构，可将轨道车罩于环形底座内部，外罩内部均匀铺设滚动球。

如图12及图13所示，在环形导轨39的径向上，旋转底座4的一个外周面400可转动地镶嵌有部分外露的滚珠70，滚珠70的外露部分滚动地支撑于环形基座30的一个环形内周面上，该环形内周面为倒扣于外周面上方的L型环形构301件的一个环形周面构成，以在工作过程中为旋转底座4与环形基座30之间的相对旋转提供径向滚动支撑。

旋转驱动装置5包括固定在旋转底座4上的旋转驱动电机50，及套装在旋转驱动电机50的转子轴上且与环形齿轮38啮合的传递齿轮51，在本实施例中，环形齿轮38与传递齿轮51为外齿啮合结构，二者构成减速传动齿轮机构。在本实施例中，旋转驱动电机采用伺服电机进行构建，其由外置锂电池电源提供电力驱动或市电供电。

三角支架31包括三根摆角可调的支撑杆32及用于对支撑杆32绕摆动轴的摆角位置进行锁定的摆角锁定机构。在三个支撑杆32上各设置一个高度可调节刻度，以配合每个支撑杆32均可单独地调节高度，为了增加支撑面积与缓冲力度，在每根支撑杆32的底部均可拆卸地固设有橡胶脚垫33，具体地，在每根支撑杆32的底部固设有螺杆37，而在橡胶脚垫33设有与之配合的螺孔；对于旋转脚垫33，其可以通过调整固定螺杆37在橡胶脚垫33上螺孔内的旋进深度而微调支架高度，或者通过替换旋转脚垫33与支撑杆32末端面之间的垫片厚度而进行高度微调。每根支撑杆32的根部连接结构34上均设有三个条状止挡凸起块35，每个支撑杆32的根部与该连接结构34铰接且设有由弹簧复位的锁定拨片36，在使用过程中，可通过按压拨片36以调节支撑杆32的摆角，松开对拨片36的按压力即可锁定位置，即拨片36与三个条状止挡凸起块35一起构成本实施例中的锁定机构及摆角调节机构，从而构建出用于将支撑杆锁定在三个预定摆角的位置处的锁定机构，且将支撑杆在两相邻预定摆角位置之间的高度差小于等于底部橡皮脚垫的微调高度，即在两根相邻条状止挡凸起块35之间切换时，高度差小于等于通过调整底部橡皮脚垫所获得地最大高度调整值。

拱形支架6包括可拆卸地安装在旋转底座4上的两侧竖向立架60，可拆卸地支撑在两侧竖向立架60的顶部上的弧形支架61，固定在弧形支架61上的固定式相机支座62，及通过升降台而可沿竖向移动地安装在竖向立架60上的升降式相机支座64。竖向立架60包括两根以上的立杆65，相邻接的两根立杆65的端部通过连接组件661可拆卸地固连，每根立杆65上布设有一个升降式相机支座64；在弧形支架61上，在环形底座的旋转对称中心轴线的两侧各布设有一个以上的固定式相机支座62，弧形支架61与竖向立杆65之间采用连接组件662进行可拆卸地固定连接。

在本实施例中，拱形支架6的底部为中空结构，四周有螺丝孔，将其插入旋转底座4上方的轨道车中，并利用高强度合金螺丝进行固定，由于轨道车底部有多个滚动支撑件70，可实现固定拱形支架6及带动其进行旋转的功能。

升降式相机支座64包括可沿立杆65的轴向布置且可转动地安装在立杆65上的丝杆67，用于驱使丝杆67转动的旋转驱动机构69，及通过沿轴向布置的导轨滑块机构而可沿竖向滑动地安装在立杆65上的机座68；在机座68上固设有与丝杆67旋合的丝杆螺母；旋转驱动机构采用手轮进行构建，此外也可采用旋转驱动电机等其他旋转驱动装置进行构建。

在本实施例中，拱形支架6由五段式拼接组成，方便拆装运输，在本实施例中，连接组件661与连接组件662为凹凸榫卯结构，由高强度合金螺丝加强固定，且底部四节为通用设计可交叉使用；此外，两个连接组件还可设计成包括套座，该套座上具有与竖向立杆65或弧形支架61的端部可拆卸地套接的套槽，及用于对套座与立杆或弧形支架61的端部的套接部分进行可拆卸锁定的锁紧螺钉。球形云台可自由调节任意角度，球形云台于拱形支架内传动轴固定。

在工作过程中，两个环形底座的内环空间构成被扫描物的置物空间，即环形支撑底座与旋转底座的内环面所围空间构成被扫描物的置物空间。相机独立供电，且其热靴上安装有无线通信模块，相机所拍摄到的图像数据通过无线通信线路传输至电脑主机，电脑主机用于接收和处理光学图像，以生成人体三维模型；并可通过无线通信线路控制相机按照设定好的程序运动的同时，并使用无线方式触发拍照。

在拱形支架6上安装若干单反球形云台，利用电动滑轨推动相机进行圆周移动及上下移动，使用少量相机即可完成全身或面部扫描，在低成本的情况下可完成同等效果；具体为实现以6组相机模拟120组相机成像效果，从而对人体或影视道具进行高精度3D模型扫描，通过逆向工程获取人物的完整3D模型，用于影视后期制作领域和高精度全彩3D打印领域。在本实用新型中，采用6组相机模拟120组相机拍摄效果，大大节约了扫描设备的成本，且圆形底座与拱形支架拼装搭建，使得拆装和运输过程更加便捷。

此外，支架由高强度铝合金制作，所有支架可拆卸拼接，方便携带，快速组装，配合外置灯光可实现模型材质扫描。

在上述实施例中，为了提高旋转底座的稳定性，将旋转底座设置成与环形基座共旋转对称中心轴线的环形旋转底座，并在该环形旋转底座的下方沿其周向均匀地布设多个支撑滚轮。

Claims (10)

1.一种结构改进的三维模型扫描平台，包括支架及安装在所述支架上的多台相机；

其特征在于：

所述支架包括环形支撑底座，可绕所述环形支撑底座的旋转对称中心轴线转动地安装在所述环形支撑底座上的旋转底座，用于驱使所述旋转底座转动的旋转驱动装置，及可拆卸地安装在所述旋转底座上的拱形支架；所述环形支撑底座的内环空间构成被扫描物的置物空间；

所述拱形支架包括可拆卸地安装在所述旋转底座上的两侧竖向立架，可拆卸地支撑在所述两侧竖向立架的顶部上的弧形支架，固定在所述弧形支架上的固定式相机支座，及通过升降台而可沿竖向移动地安装在所述竖向立架上的升降式相机支座；

所述环形支撑底座包括环形基座及布设在所述环形基座的底部上的三个以上的三角支架，所述三角支架包括三根摆角可调的支撑杆及用于对所述支撑杆绕摆动轴的摆角位置进行锁定的摆角锁定机构。

2.根据权利要求1所述的三维模型扫描平台，其特征在于：

所述竖向立架包括两根以上的立杆，相邻接的两根立杆的端部通过连接组件可拆卸地固连，每根立杆上布设有一个以上的所述升降式相机支座；

在所述弧形支架上，在所述旋转对称中心轴线的两侧各布设有一个以上的所述固定式相机支座。

3.根据权利要求2所述的三维模型扫描平台，其特征在于：

所述升降式相机支座包括可沿所述立杆的轴向布置且可转动地安装在所述立杆上的丝杆，用于驱使所述丝杆转动的旋转驱动机构，及通过沿所述轴向布置的导轨滑块机构而可滑动地安装在所述立杆上的机座；所述机座上固设有与所述丝杆旋合的丝杆螺母。

4.根据权利要求2所述的三维模型扫描平台，其特征在于：

所述连接组件包括套座，所述套座具有与所述立杆的端部可拆卸地套接的套槽或榫；所述连接组件包括用于对所述套座与立杆端部的套接部分进行可拆卸锁定的锁紧螺钉。

5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的三维模型扫描平台，其特征在于：

所述环形支撑底座包括固定在所述环形基座上的环形齿轮；

所述旋转底座通过环形导轨而可转动地安装在所述环形基座上；

所述旋转驱动装置包括固定在所述旋转底座上的旋转驱动电机，及套装在所述旋转驱动电机的转子轴上且与所述环形齿轮啮合的传递齿轮。

6.根据权利要求5所述的三维模型扫描平台，其特征在于：

所述三个以上的三角支架环绕所述旋转对称中心轴线均匀布置地固设在所述环形基座的下表面上。

7.根据权利要求5所述的三维模型扫描平台，其特征在于：

所述环形齿轮与所述传递齿轮为外齿啮合结构，二者构成减速传动齿轮机构。

8.根据权利要求5所述的三维模型扫描平台，其特征在于：

所述环形导轨布设所述环形基座的顶端面上；

所述旋转底座上安装有受所述环形导轨导向而绕所述旋转对称中心轴线转动的轴向支撑滚轮，所述轴向支撑滚轮至少用于提供沿所述旋转对称中心轴线的轴向布置的支撑；

在所述环形导轨的径向上，所述旋转底座的外周面可转动地镶嵌有部分外露的滚珠，所述滚珠的外露部分滚动地支撑于所述环形支撑底座的一个环形内周面上；所述环形内周面为倒扣于所述外周面上方的L型环形构件的一个环形周面构成。

9.根据权利要求8所述的三维模型扫描平台，其特征在于：

所述环形导轨朝上凸起地固设在所述环形基座的顶端面上；

在所述环形导轨的内外两侧导向面各支撑有一个以上的所述轴向支撑滚轮；

所述旋转底座为与所述环形基座共所述旋转对称中心轴线的环形旋转底座。

10.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的三维模型扫描平台，其特征在于：

相机支座包括云台，所述云台包括用于固定相机的球铰支座；

所述锁定机构用于将所述支撑杆锁定在若干个预定摆角的位置处；所述支撑杆的底端部安装有底部橡皮脚垫，所述底部橡皮脚垫通过旋入螺孔深度可调的螺杆安装在所述底端部上，所述螺孔设于所述支撑杆的底面上且深度沿所述支撑杆的杆轴向布置；所述支撑杆在两相邻预定摆角位置之间的高度差小于等于所述底部橡皮脚垫的最大高度调整值。

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