CN215574698U

CN215574698U - 一种自旋转式结构表观三维扫描装置

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Publication number: CN215574698U
Application number: CN202120740340.3U
Authority: CN
Inventors: 郭跃; 庄骁磊; 季马泽宇; 胡浚桐; 董一庆; 潘玥; 王达磊
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2031-04-13

Abstract

本实用新型涉及一种自旋转式结构表观三维扫描装置，包括支撑框架、行走组件、功能盒体、空心圆盘、可调节连杆、多个成像单元，空心圆盘内沿设有一圈传动齿，传动齿与电机齿轮啮合，空心圆盘的外沿设有多个滑动卡接件，滑动卡接件滑动卡设于功能盒体的外沿，并能在电机齿轮的传动式驱动下相对功能盒体进行旋转；多个成像单元分别以不同的角度和姿态分布于可调节连杆上，通过空心圆盘的转动使得多个成像单元采集特定点位的多个视角图像，用于建立扫描范围内的整体3D点云模型。与现有技术相比，本实用新型通过环形啮合传动结构，实现精确的转动调节程序，使得多个成像单元采集特定点位的多个视角图像，最终建立扫描范围内的整体3D点云模型。

Description

一种自旋转式结构表观三维扫描装置

技术领域

本实用新型涉及一种结构表观三维扫描装置，尤其是涉及一种自旋转式结构表观三维扫描装置。

背景技术

我国的基础设施建设规模十分庞大，但随着基础设施的使用时间不断增长，其结构病害也在不断加重。若不能及时地发现并采取相应的措施抑制病害的进一步发展，将会对基础设施的安全造成极大的威胁。因此，基础设施的管理与养护有着十分重要的意义，特别是对于道路、桥梁、大坝等大型基础设施结构。

大型基础设施结构的管理与养护工作核心之一就是对不同结构构件进行病害检测和技术状况评定。现实中的检测平面常常带有不同程度的凹陷或突出并带有一定的起伏。而要想获取全面的表观病害情况，就需要对检测平面进行三维扫描。目前存在有许多二维的扫描装置，但能够对检测平面进行三维扫描检测的装置还十分稀缺。

CN108876929A公开了一种三维扫描服装模拟装置，可以360°进行扫描的三维扫描服装模拟装置。本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种三维扫描服装模拟装置，包括有基板、旋转台、扶手杆、三维人体扫描仪和计算机，基板上方中部设有旋转台，旋转台上方两侧对称固定连接有扶手杆，基板上设有四个三维人体扫描仪，四个三维人体扫描仪环形阵列在基板上。该技术方案仅能实现中心载台位置的物体扫描，无法适用于大型基础设施结构场景。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自旋转式结构表观三维扫描装置，通过环形啮合传动结构，以此实现精确的转动调节程序，使得多个成像单元采集特定点位的多个视角图像，最终建立扫描范围内的整体3D点云模型。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型的目的是保护一种自旋转式结构表观三维扫描装置，包括支撑框架、行走组件、功能盒体、空心圆盘、可调节连杆、多个成像单元，其中具体地：

支撑框架，其上设有基板；

行走组件，设于所述支撑框架上；

功能盒体，为圆柱型结构，功能盒体设于所述基板上，所述功能盒体中设有第一伺服电机，所述功能盒体的外部设有电机齿轮，所述电机齿轮与所述第一伺服电机的输出端连接；

空心圆盘，其内沿设有一圈传动齿，所述传动齿与所述电机齿轮啮合，所述空心圆盘的外沿设有多个滑动卡接件，所述滑动卡接件滑动卡设于所述功能盒体的外沿，并能在电机齿轮的传动式驱动下相对功能盒体进行旋转；

可调节连杆，连接于所述空心圆盘上；

多个成像单元，分别以不同的角度和姿态分布于所述可调节连杆上，通过空心圆盘的转动使得多个成像单元采集特定点位的多个视角图像，用于建立扫描范围内的整体3D点云模型。

进一步地，所述可调节连杆包括依次连接的多个横杆和竖杆的组合。

进一步地，所述横杆和竖杆之间铰接或通过套管连接，并在连接处匹配有紧固件，以此根据需要调整。

进一步地，所述成像单元均设于末端的横杆上。

进一步地，所述滑动卡接件均匀分布于所述空心圆盘的外沿，所述滑动卡接件设有3～12个。

进一步地，所述滑动卡接件为双层滚动轴承。

进一步地，所述双层滚动轴承的内圈通过连接轴连接于空心圆盘的外沿上；

所述双层滚动轴承的外圈抵压于所述功能盒体的侧壁面上；

多个双层滚动轴承同时抵压构成多点位的圆形滑动限位结构。

进一步地，所述空心圆盘上均匀分布有灯组。

进一步地，所述行走组件包括多个与所述支撑框架连接的支撑杆，所述支撑杆的末端设有行进轮组，所述行进轮组中至少包含2个转向轮和2个驱动轮；

所述转向轮匹配连接有舵机，所述驱动轮匹配连接有第二伺服电机。

进一步地，所述功能盒体中还设有控制模块，所述控制模块包括微处理器、RAM和ROM，所述微处理器与所述舵机、第二伺服电机、第一伺服电机、成像单元电连接；

所述功能盒体中还设有GPS模块、避障模块、无线信号收发模块，所述GPS模块、避障模块、无线信号收发模块与控制模块电连接；

所述无线信号收发模块与上位机无线通信连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术优势：

1)本技术方案中的自旋转式结构表观三维扫描装置能够实现对大型结构表观进行标准化的三维扫描，通过第一伺服电机及啮合传动结构，以此实现精确的转动调节程序，使得多个成像单元采集特定点位的多个视角图像，最终建立扫描范围内的整体3D点云模型，以此极大的提高了上位机对扫描结果自动进行识别与统计的效率，可以快速准确地输出基础设施结构表观病害情况。

2)本技术方案的可调节连杆能够以特定的形态匹配各种扫描的需求，横杆和竖杆之间可以通过端部的套管及紧固件配合实现连接或者通过铰接件和紧固件的配合实现连接，调节过程方便快速。

附图说明

图1为本技术方案中自旋转式结构表观三维扫描装置的结构示意图。

图中：1-行进轮组；2-支撑框架；3-功能盒体；4-滑动卡接件；5-灯组；6-空心圆盘；7-管套；8-成像单元；9-电机齿轮；10-支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的目的是保护一种自旋转式结构表观三维扫描装置，包括支撑框架2、行走组件、功能盒体3、空心圆盘6、可调节连杆、多个成像单元，参见图1。

支撑框架2上设有基板，具体实施时支撑框架2可为圆形结构。

行走组件设于所述支撑框架2上，行走组件包括多个与所述支撑框架2连接的支撑杆10，所述支撑杆10的末端设有行进轮组1，所述行进轮组中至少包含2个转向轮和2个驱动轮。支撑杆10可以根据现场检测环境伸缩调节长度。

功能盒体3为圆柱型结构，功能盒体3设于所述基板上，所述功能盒体3中设有第一伺服电机，所述功能盒体3的外部设有电机齿轮9，所述电机齿轮9与所述第一伺服电机的输出端连接。

空心圆盘6内沿设有一圈传动齿，所述传动齿与所述电机齿轮9啮合，所述空心圆盘6的外沿设有多个滑动卡接件4，所述滑动卡接件4滑动卡设于所述功能盒体3的外沿，并能在电机齿轮9的传动式驱动下相对功能盒体3进行旋转。

多个成像单元分别以不同的角度和姿态分布于所述可调节连杆上，通过空心圆盘6的转动使得多个成像单元采集特定点位的多个视角图像，用于建立扫描范围内的整体3D点云模型。具体实施时，成像单元由多个工业摄像头组成，各摄像头朝向角度各不相同。

可调节连杆连接于所述空心圆盘6上，可调节连杆包括依次连接的多个横杆和竖杆的组合。横杆和竖杆之间铰接或通过套管垂直相互穿套连接，并在连接处匹配有紧固件，以此根据需要调整。成像单元均设于末端的横杆上。可调节连杆能够以特定的形态匹配各种扫描的需求，横杆和竖杆之间可以通过端部的套管及紧固件配合实现连接或者通过铰接件和紧固件的配合实现连接，调节过程方便快速。

具体实施时，滑动卡接件4均匀分布于所述空心圆盘6的外沿，所述滑动卡接件4设有3～12个。滑动卡接件4为双层滚动轴承。双层滚动轴承的内圈通过连接轴连接于空心圆盘6的外沿上。层滚动轴承的外圈抵压于所述功能盒体3的侧壁面上，多个双层滚动轴承同时抵压构成多点位的圆形滑动限位结构。

空心圆盘6上均匀分布有灯组5，实现环境的照明和补光。

转向轮匹配连接有舵机，所述驱动轮匹配连接有第二伺服电机。

功能盒体3中还设有控制模块，所述控制模块包括微处理器、RAM和ROM，所述微处理器与所述舵机、第二伺服电机、第一伺服电机、成像单元电连接，功能盒体3中还设有GPS模块、避障模块、无线信号收发模块，所述GPS模块、避障模块、无线信号收发模块与控制模块电连接，所述无线信号收发模块与上位机无线通信连接。微处理可为ARM架构、x86架构或较简单架构的处理器种类，只要能满足本技术方案中的逻辑处理和计算过程即可。其中ROM中预存有避障算法、路径规划算法、图像拼接算法、各伺服电机/舵机控制程序，微处理器实现对伺服电机和舵机的直接指令，通过第一伺服电机及啮合传动结构，以此实现精确的转动调节程序，使得多个成像单元采集特定点位的多个视角图像，最终建立扫描范围内的整体3D点云模型，以此极大的提高了上位机对扫描结果自动进行识别与统计的效率，可以快速准确地输出基础设施结构表观病害情况。

本技术方案中自旋转式结构表观三维扫描装置工作细节如下：

1、根据检测环境，确定车轮支撑杆10高度，调节管套7至合适位置。

2、启动装置，对横杆上的成像单元进行校正，并根据实际检测场景调整至合适焦距位置。

3、在上位机设定拍照参数(如分辨率、曝光时间、快门速度、拍照间隔)、驱动工作参数(如行驶速度等)与电机转动参数(控制空心圆盘转动)。

4、驱动工作参数设定时，要保证装置的单次行进一段距离后，仍位于上一暂停时刻相机视野范围之内，即保证先后两次所采集得到的照片有一定(15％-30％)的重叠区域。

5、第一伺服电机转动参数的设定要保证装置的单次转过一段弧度后，仍位于上一暂停时刻相机视野范围之内，即保证先后两次所采集得到的照片有一定(20-40％)的重叠区域。

6、装置根据设定好的参数及，第二伺服开始运动，在运动一段时间或距离后暂停，暂停后上方第一伺服电机开始带动下方空心圆盘6转动，进而使末端横杆上的成像单元8绕圆心做圆周运动，空心圆盘6每旋转一定的角度暂停，成像单元采集图像。图像采集完成后，装置再次运动，运行一段时间或距离后暂停、空心圆盘旋转，采集图像，依次循环，直至扫描结束。

7、装置采集得到图像后，自动上传至上位机或云端数据库，上位机可以实时查看装置采集所得的图像。

8、经过多轮的转动扫描，可以提取出同一点位的多个视角图像，进而建立扫描范围内的整体3D点云模型。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，包括：

支撑框架（2），其上设有基板；

行走组件，设于所述支撑框架（2）上；

功能盒体（3），为圆柱型结构，功能盒体（3）设于所述基板上，所述功能盒体（3）中设有第一伺服电机，所述功能盒体（3）的外部设有电机齿轮（9），所述电机齿轮（9）与所述第一伺服电机的输出端连接；

空心圆盘（6），其内沿设有一圈传动齿，所述传动齿与所述电机齿轮（9）啮合，所述空心圆盘（6）的外沿设有多个滑动卡接件（4），所述滑动卡接件（4）滑动卡设于所述功能盒体（3）的外沿，并能在电机齿轮（9）的传动式驱动下相对功能盒体（3）进行旋转；

可调节连杆，连接于所述空心圆盘（6）上；

多个成像单元，分别以不同的角度和姿态分布于所述可调节连杆上，通过空心圆盘（6）的转动使得多个成像单元采集特定点位的多个视角图像，用于建立扫描范围内的整体3D点云模型。

2.根据权利要求1所述的一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，所述可调节连杆包括依次连接的多个横杆和竖杆的组合。

3.根据权利要求2所述的一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，所述横杆和竖杆之间铰接或通过套管连接，并在连接处匹配有紧固件，以此根据需要调整。

4.根据权利要求2所述的一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，所述成像单元均设于末端的横杆上。

5.根据权利要求1所述的一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，所述滑动卡接件（4）均匀分布于所述空心圆盘（6）的外沿，所述滑动卡接件（4）设有3~12个。

6.根据权利要求5所述的一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，所述滑动卡接件（4）为双层滚动轴承。

7.根据权利要求6所述的一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，所述双层滚动轴承的内圈通过连接轴连接于空心圆盘（6）的外沿上；

所述双层滚动轴承的外圈抵压于所述功能盒体（3）的侧壁面上；

8.根据权利要求1所述的一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，所述空心圆盘（6）上均匀分布有灯组（5）。

9.根据权利要求1所述的一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，所述行走组件包括多个与所述支撑框架（2）连接的支撑杆（10），所述支撑杆（10）的末端设有行进轮组（1），所述行进轮组中至少包含2个转向轮和2个驱动轮；

10.根据权利要求9所述的一种自旋转式结构表观三维扫描装置，其特征在于，所述功能盒体（3）中还设有控制模块，所述控制模块包括微处理器、RAM和ROM，所述微处理器与所述舵机、第二伺服电机、第一伺服电机、成像单元电连接；

所述功能盒体（3）中还设有GPS模块、避障模块、无线信号收发模块，所述GPS模块、避障模块、无线信号收发模块与控制模块电连接；

所述无线信号收发模块与上位机无线通信连接。