CN213547621U - 一种多自由度三维扫描装置 - Google Patents

Abstract

一种多自由度三维扫描装置，包括，三维扫描仪单元和水平角旋转结构，其中，所述三维扫描仪单元，包括水平移动结构、数控单元、用户操作屏幕、图像采集单元、支撑结构和升降装置，其中，所述数控单元与所述水平移动结构连接，所述水平移动结构与所述支撑结构和所述升降装置连接，所述用户操作屏幕与所述升降装置连接，所述图像采集单元与所述升降装置连接。本实用新型的多自由度三维扫描装置，能够在操作程序的控制下，使用丝杠带动三维扫描仪整体升降进行三维扫描，完整采集被采集物体各个角度的几何信息。

Description

一种多自由度三维扫描装置

技术领域

本实用新型涉及三维模型技术领域，特别涉及一种可移动多自由度的三维扫描装置。

背景技术

现有的三维扫描仪装置都是投影仪与2目或4目相机集成，相机可以在固定点位进行调整，集成体固定在云台和三脚架上，可以方便地获得某一固定高度，固定视角的多角度被摄物体图像数据。在使用过程中，每次改变集成体高度后需要对投影仪以及相机重新进行对焦，该类型装置存在需要大量人工参与，存在较难保持相机与被拍摄物体之间的距离一致的缺点。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供多自由度三维扫描装置，使用丝杠传动带动三维扫描仪整体升降进行三维扫描，完整采集固定距离下被采集物体各个角度的图像数据，由于集成体相对物体距离保持一致，在每次改变集成体位置后无需再对投影仪以及相机进行对焦，大幅度提高工作效率。

为了实现上述目的，本实用新型的多自由度三维扫描装置，包括，三维扫描仪单元和水平角旋转结构，其中，

所述三维扫描仪单元，包括水平移动结构、数控单元、用户操作屏幕、图像采集单元、支撑结构和升降装置，其中，

所述数控单元与所述水平移动结构连接，所述水平移动结构与所述支撑结构和所述升降装置连接，所述用户操作屏幕与所述升降装置连接，所述图像采集单元与所述升降装置连接。

进一步地，所述水平角旋转结构，用于为拍摄物体提供支撑，使物体随着所述水平角旋转结构进行水平面上圆周旋转；所述三维扫描仪单元，用于为扫描仪和相机提供集成，集成控制端和数据传输，整体可水平移动，水平摆动，俯仰摆动，为拍摄物体提供多自由度的拍摄和扫描角度。

进一步地，所述水平角旋转结构，包括地脚，走线固定夹，水平旋转台，水平角旋转电机，减速电机，输出轴座，水平角旋转托板和置物台，其中，

所述地脚与所述走线固定夹连接，所述走线固定夹与所述水平旋转台连接，所述水平角旋转电机固定安装在所述水平旋转台的下方，所述水平角旋转电机与所述减速电机连接，所述减速电机与所述输出轴座连接，所述输出轴座与所述水平角旋转托板连接，所述水平角旋转托板与所述置物台连接，被拍摄物体置于所述置物台表面。

进一步地，所述水平移动结构，包括支撑地脚，水平移动轮，水平移动万向轮和水平移动支撑架，其中，

所述支撑地脚，所述水平移动轮，所述水平移动万向轮分别与所述水平移动支撑架连接；

所述支撑地脚，用于定位和提供侧向支撑力；

所述水平移动轮，用于保证移动时方向一致；

所述水平移动万向轮，用于在移动时调整方向；

所述水平移动支撑架，用于防倾覆支撑。

进一步地，所述数控单元，包括工控机单元，适配器和驱动器单元，其中，

所述工控机单元安装于所述水平移动支撑架底板上，所述工控机单元与所述图像采集单元连接，用于控制所述图像采集单元采集图像数据；

所述适配器安装于所述水平移动支撑架底板上，用于进行电源转换；

所述驱动器单元安装于所述水平移动支撑架底板上，用于控制所述水平角旋转结构和所述升降装置。

进一步地，所述用户操作屏幕内含控制电路，外部与所述数控单元相连接，用于触控输入满足控制软件的指令。

进一步地，所述图像采集单元，包括云台单元，快装板，投影仪支架，投影仪单元，水平移动板，水平摆动板，俯仰摆动板和工业相机单元，其中，

所述云台单元与所述升降装置连接，所述快装板与所述云台单元和所述投影仪支架连接，所述投影仪单元与所述投影仪支架连接，所述水平移动板与所述投影仪单元连接，所述水平移动板、所述水平摆动板、所述俯仰摆动板与所述工业相机单元组合安装；

所述云台单元，用于提供所述投影仪单元与所述工业相机单元视角的调整自由度；

所述投影仪单元与所述数控单元连接，用于接收所述数控单元的控制指令进而投影出编码画面；

所述水平移动板、所述水平摆动板、所述俯仰摆动板，分别用于调整所述工业相机单元水平移动、水平摆动和俯仰角度；

所述工业相机单元与所述数控单元连接，用于在所述数控单元的驱动下拍摄照片并将照片传回所述数控单元。

进一步地，所述支撑结构，包括丝杠支撑架和显示器支架，其中，

所述显示器支架安装在所述丝杠支撑架上，所述丝杠支撑架底端与所述水平移动支撑架上端面紧固，侧面与所述升降装置紧固；底端圆孔为过线孔，侧向螺纹孔用于固定侧向走线；

所述显示器支架，用于紧固所述用户操作屏幕。

进一步地，所述丝杠支撑架底端设有圆孔，侧面设有螺纹孔，所述圆孔为过线孔，所述侧向螺纹孔用于固定侧向走线。

进一步地，所述升降装置，包括升降电机，丝杠单元，移动滑块单元，移动支架和云台支座，其中，

所述升降电机与所述丝杠单元连接，所述移动滑块单元与所述丝杠单元连接，所述移动支架与所述移动滑块单元连接，所述云台支座与所述移动支架连接；

所述丝杠单元与所述支撑结构侧面紧固，所述丝杠单元随所述水平移动结构移动。

本实用新型的多自由度三维扫描装置，具有如下的有益效果：组装的三维仪 (投影仪、相机和算法)和可移动的丝杠组件及带脚轮的支座，可以多角度获得不同尺寸的拍摄物体的精准三维模型，由于集成体相对物体距离保持一致，在每次改变集成体位置后无需再对投影仪以及相机进行对焦，在使用过程中，拍摄效果好，操作起来简便，自动化程度高，可以一人操作，独立完成，大幅度提高工作效率，既节约了工时又高质量的完成了扫描任务。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1扫描装置为根据本实用新型的三维扫描装置立体结构示意图；

图2为根据本实用新型的水平角旋转结构示意图；

图3为根据本实用新型的水平移动结构示意图；

图4为根据本实用新型的数控单元结构示意图；

图5为根据本实用新型的用户操作屏幕结构示意图；

图6为根据本实用新型的图像采集单元结构示意图；

图7为根据本实用新型的支撑结构示意图；

图8为根据本实用新型的升降装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的多自由度三维扫描装置，包括，三维扫描装置和控制软件，其中，

本实用新型的多自由度三维扫描装置，可接收远端控制，为相机及投影仪提供一个不同高度，不同视角的拍摄条件，获取多角度物体深度数据。

图1为根据本实用新型的三维扫描装置立体结构示意图，如图1所示，本实用新型的多自由度三维扫描装置，包括，水平角旋转结构10和三维扫描仪单元20，其中，

水平角旋转结构10，用于为拍摄物体提供支撑，并且能够随着水平角旋转结构式进行水平面上圆周旋转。

三维扫描仪单元20，为扫描仪和相机提供集成，控制端和数据传输也集成一体化，整体可水平移动，水平摆动，俯仰摆动，为拍摄物体提供多自由度的拍摄和扫描角度。

三维扫描仪单元20，包括，水平移动结构22、数控单元23、用户操作屏幕 24、图像采集单元25、支撑结构26以及升降装置27，其中，

数控单元23与水平移动结构22连接，水平移动结构22与支撑结构26和升降装置27连接，用户操作屏幕24与升降装置27连接，图像采集单元25与升降装置27连接。

数控单元23，用于通过通信接口单元与用户操作屏幕24进行信息交互，接收控制软件的请求，控制升降装置27与水平角旋转结构10的运动，控制图像采集单元25完成图像采集工作。

图像采集单元25，用于在数控单元23的控制下，完成图像的采集工作。

支撑结构26，用于为三维扫描仪单元整体的使用和运动提供稳定。

图2为根据本实用新型的水平角旋转结构示意图，如图3所示，本实用新型的水平角旋转结构10，包括，地脚101，走线固定夹102，水平旋转台103，水平角旋转电机104，减速电机105，输出轴座106，水平角旋转托板107，置物台108，其中，

地脚101，用于支撑水平旋转机构10，保证整体水平和稳定。

走线固定夹102，用于固定电缆和确定固定方向的走线。

水平旋转台103，底端与地脚101底端连接，稳定整体机构，上端与减速电机 105连接，紧固减速机。

水平角旋转电机104提供旋转初始扭矩，减速电机105对接水平角旋转电机 104，对其转速进行转速，增大扭矩，输出轴座106连接减速电机105输出轴，传递扭矩。

水平角旋转托板107与输出轴座106连接，传递扭矩。

置物台108安装在水平角旋转托板107上，其上放置拍摄物体，拍摄物体随同置物台108转动。

地脚101与走线固定夹102连接，走线固定夹102与水平旋转台103连接，水平角旋转电机104固定安装在水平旋转台103的下方，水平角旋转电机104与减速电机105连接，减速电机105与输出轴座106连接，输出轴座106与水平角旋转托板107连接，水平角旋转托板107与置物台108连接，被拍摄物体需静于所述置物台108表面。

图3为根据本实用新型的水平移动结构示意图，如图3所示，水平移动结构 22，包括，支撑地脚201，水平移动轮202，水平移动万向轮203和水平移动支撑架204，其中，

支撑地脚201，水平移动轮202，水平移动万向轮203分别与水平移动支撑架 204连接。

支撑地脚201，用于定位和在整体三维扫描仪静止时提供侧向支撑力，防止整体倾倒。

水平移动轮202，提供了整体三维扫描仪装置的移动性，保证移动时方向一致。

水平移动万向轮203，用于在移动时可以调整方向。

水平移动支撑架204，用于防倾覆支撑。

本实施例中，底座部分，包含2个地脚，用于定位和防倾覆支撑。中间2个定向脚轮，保证移动时方向一致，后端2个万向脚轮，移动时可以调整方向。底座中间部分安放组装电器部件，包含电源适配器，变压器，微型控制器(本实例使用了X86架构的工业控制机)，电机驱动器等等。

图4为根据本实用新型的数控单元结构示意图，如图4所示，数控单元23，包括，工控机单元301，适配器302和驱动器单元303，其中，

工控机单元301固定安装于水平移动支撑架204底板上，工控机单元301使用HDMI协议与投影仪单元504相连接，工控机单元301使用USB 3.0协议与工业相机单元508连接，工业相机单元508在工控机单元301的驱动下拍摄照片并将照片传回工控机单元301，工业相机单元508网络接口为提供通信接口单元。

适配器302安装于水平移动支撑架204底板上，用于对外接电源进行可用转换。

驱动器单元303安装于水平移动支撑架204底板上，通过电源和信号指令电缆与水平角旋转电机104和升降电机701连接，输入动力与信号指令，控制水平角旋转电机104和升降电机701旋转，进而实现水平角旋转结构10的水平旋转和丝杠单元702的升降。

图5为根据本实用新型的用户操作屏幕结构示意图，如图5所示，本实用新型的用户操作屏幕4，包括，触摸液晶面板401，内含控制电路，外部与数控单元 3相连接，用户可使用触控输入满足控制软件的指令。

图6为根据本实用新型的图像采集单元结构示意图，如图6所示，图像采集单元25，包括，云台单元501，快装板502，投影仪支架503，投影仪单元504，水平移动板505，水平摆动板506，俯仰摆动板507和工业相机单元508，其中，

云台单元501与升降装置7连接，快转板502与云台单元501和投影仪支架 503连接，投影仪单元504与投影仪支架503连接，水平移动板505与投影仪单元 504连接，水平移动板505、水平摆动板506、俯仰摆动板507与工业相机单元508 组合安装。

云台单元501，用于提供投影仪单元504与工业相机单元508视角的调整自由度。

投影仪单元504，使用HDMI协议与数控单元3中的工控机单元301连接，在工控机单元301的控制下按要求投影出需要的编码画面。

水平移动板505、水平摆动板506、俯仰摆动板507，分别用于调整相机单元 508水平移动、摆动和俯仰角度。

工业相机单元508，使用USB 3.0协议与数控单元3中的工控机单元301连接，用于在工控机单元301的驱动下拍摄照片并将照片传回工控机单元301。

本实施例中，图像采集单元由移动支架，云台支座，云台，投影仪支架，投影仪，2个黑白相机，相机支架组成。云台可提供整体水平和竖直方向的摆动。投影仪可变焦距，打光，像素级黑白条纹投影。2个黑白相机，可以在其支架上水平变距，可做水平和竖直方向的摆动。投影仪和2个黑白相机保证三点对焦。拍摄物体清晰。

图7为根据本实用新型的支撑结构示意图，如图7所示，本实用新型的支撑结构26，包括，丝杠支撑架601和显示器支架602，其中，

显示器支架602安装在丝杠支撑架601上，丝杠支撑架601底端用螺钉与水平移动支撑架204上端面紧固，其侧面通过螺钉螺母与升降装置7紧固，其底端圆孔为过线孔，侧向螺纹孔用于固定侧向走线。

显示器支架602，用于紧固触摸液晶面板401，完成可视化控制操作。

图8为根据本实用新型的升降装置示意图，如图8所示，本实用新型的升降装置27，包括，升降电机701，丝杠单元702，移动滑块单元703，移动支架704 和云台支座705，其中，

升降电机701与丝杠单元702连接，移动滑块单元703与丝杠单元702连接，移动支架704与移动滑块单元703连接，云台支座705与移动支架704连接。

丝杠单元702与丝杠支撑架601侧面通过螺钉螺母紧固，丝杠单元702垂直安装并随水平移动结构24移动。

本实施例中，丝杠单元702使用升降电机701的动力驱动移动滑块单元703 至目标位置。

本实施例中，丝杠组件部分，主要有步进电机，联轴节，丝杠，丝杠固定件，移动滑块，竖直支架。电机由驱动器发出指令，进行控制，包含上升、下降、停止、移动距离和速度变换。移动滑块带动图像采集单元进行上下移动。竖直支架，起到整体支撑作用，并且做侧向走线布置。

本实施例中，使用高分辨率近焦距大曝光投影仪，两侧黑白相机可以多自由度调整。投影仪投出像素级光带进行编码，黑白相机进行图像采集。其整体安装在相机云台上，整体可实现俯仰调整。侧向有电机带动的丝杠，完成整体拍摄组件的自动升降，底座有滑轮和地脚，用于完成移动和定位作用。

本申请中的多自由度三维扫描装置，需操作人员按需求启动操作程序，电气部分为本设备的控制部分，其内部有微处理器执行本设备配套软件，并对其余电子电气设备发出控制信号。本设备需配合显示器使用，该显示器与微处理器相连接，用户可使用键盘鼠标完成所有指令的输入。也可以使用SSH协议远程登陆本实施例中的工业控制机完成指令的输入。电气设备包含步进电机驱动器及变压模块。步进电机驱动器接收微处理器的控制信号，对丝杠上的步进电机进行运动控制。由于步进电机驱动器与微处理器所需电源标准与其他电气设备均不相同，所以本设备内部也包含了内部降压模块，有助于减少用户端的插头数量。在本发明实施例中，工业控制机通过HDMI协议对电气设备中的投影仪传输数据，通过USB 3.0协议对工业相机传输指令，抓取返回的图像，以及提供电源。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多自由度三维扫描装置，其特征在于，包括，三维扫描仪单元和水平角旋转结构，其中，

所述三维扫描仪单元，包括水平移动结构、数控单元、用户操作屏幕、图像采集单元、支撑结构和升降装置，其中，

所述数控单元与所述水平移动结构连接，所述水平移动结构与所述支撑结构和所述升降装置连接，所述用户操作屏幕与所述升降装置连接，所述图像采集单元与所述升降装置连接。

2.根据权利要求1所述的多自由度三维扫描装置，其特征在于，所述水平角旋转结构，用于为拍摄物体提供支撑，使物体随着所述水平角旋转结构进行水平面上圆周旋转；所述三维扫描仪单元，用于为扫描仪和相机提供集成，集成控制端和数据传输，整体可水平移动，水平摆动，俯仰摆动，为拍摄物体提供多自由度的拍摄和扫描角度。

3.根据权利要求1所述的多自由度三维扫描装置，其特征在于，所述水平角旋转结构，包括地脚，走线固定夹，水平旋转台，水平角旋转电机，减速电机，输出轴座，水平角旋转托板和置物台，其中，

所述地脚与所述走线固定夹连接，所述走线固定夹与所述水平旋转台连接，所述水平角旋转电机固定安装在所述水平旋转台的下方，所述水平角旋转电机与所述减速电机连接，所述减速电机与所述输出轴座连接，所述输出轴座与所述水平角旋转托板连接，所述水平角旋转托板与所述置物台连接，被拍摄物体置于所述置物台表面。

4.根据权利要求1所述的多自由度三维扫描装置，其特征在于，所述水平移动结构，包括支撑地脚，水平移动轮，水平移动万向轮和水平移动支撑架，其中，

所述支撑地脚，所述水平移动轮，所述水平移动万向轮分别与所述水平移动支撑架连接；

所述支撑地脚，用于定位和提供侧向支撑力；

所述水平移动轮，用于保证移动时方向一致；

所述水平移动万向轮，用于在移动时调整方向；

所述水平移动支撑架，用于防倾覆支撑。

5.根据权利要求4所述的多自由度三维扫描装置，其特征在于，所述数控单元，包括工控机单元，适配器和驱动器单元，其中，

所述工控机单元安装于所述水平移动支撑架的底板上，所述工控机单元与所述图像采集单元连接，用于控制所述图像采集单元采集图像数据；

所述适配器安装于所述水平移动支撑架的底板上，用于进行电源转换；

所述驱动器单元安装于所述水平移动支撑架的底板上，用于控制所述水平角旋转结构和所述升降装置。

6.根据权利要求1所述的多自由度三维扫描装置，其特征在于，所述用户操作屏幕内含控制电路，外部与所述数控单元相连接，用于触控输入满足控制软件的指令。

7.根据权利要求1所述的多自由度三维扫描装置，其特征在于，所述图像采集单元，包括云台单元，快装板，投影仪支架，投影仪单元，水平移动板，水平摆动板，俯仰摆动板和工业相机单元，其中，

所述云台单元与所述升降装置连接，所述快装板与所述云台单元和所述投影仪支架连接，所述投影仪单元与所述投影仪支架连接，所述水平移动板与所述投影仪单元连接，所述水平移动板、所述水平摆动板、所述俯仰摆动板与所述工业相机单元组合安装；

所述云台单元，用于提供所述投影仪单元与所述工业相机单元视角的调整自由度；

所述投影仪单元与所述数控单元连接，用于接收所述数控单元的控制指令进而投影出编码画面；

所述水平移动板、所述水平摆动板、所述俯仰摆动板，分别用于调整所述工业相机单元水平移动、水平摆动和俯仰角度；

所述工业相机单元与所述数控单元连接，用于在所述数控单元的驱动下拍摄照片并将照片传回所述数控单元。

8.根据权利要求1所述的多自由度三维扫描装置，其特征在于，所述支撑结构，包括丝杠支撑架和显示器支架，其中，

所述显示器支架安装在所述丝杠支撑架上，所述丝杠支撑架底端与所述水平移动支撑架上端面紧固，侧面与所述升降装置紧固；底端圆孔为过线孔，侧向螺纹孔用于固定侧向走线；

所述显示器支架，用于紧固所述用户操作屏幕。

9.根据权利要求8所述的多自由度三维扫描装置，其特征在于，所述丝杠支撑架底端设有圆孔，侧面设有螺纹孔，所述圆孔为过线孔，所述侧向螺纹孔用于固定侧向走线。

10.根据权利要求1所述的多自由度三维扫描装置，其特征在于，所述升降装置，包括升降电机，丝杠单元，移动滑块单元，移动支架和云台支座，其中，

所述升降电机与所述丝杠单元连接，所述移动滑块单元与所述丝杠单元连接，所述移动支架与所述移动滑块单元连接，所述云台支座与所述移动支架连接；

所述丝杠单元与所述支撑结构侧面紧固，所述丝杠单元随所述水平移动结构移动。

Images