CN218819140U - 三维扫描仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三维扫描仪。包括：支架；扫描单元，所述扫描单元设置在所述支架上，所述扫描单元的数量为多个，多个所述扫描单元沿轴向和/或周向间隔设置在所述支架的不同位置；及运算器，所述运算器跟全部所述扫描单元电性连接。不同扫描单元从不同的方位和角度对待测物体进行扫描，使得整个三维扫描仪能够同时对待测物体形成全方位和多角度的扫描，即对待测物体的不同部位同时进行扫描，从而减少依次先后扫描的等待时间。特别对于体积和覆盖面积较大的待测物，可以减少或消除支架的移动时间，使得三维扫描仪能够在短时间内对待测物体的各部位均进行扫描完成，最终提高扫描效率。

Description

三维扫描仪

技术领域

本实用新型涉及扫描技术领域，特别是涉及一种三维扫描仪。

背景技术

三维扫描仪将光、机、电和计算机技术融于一体，主要用于对被扫描物体的空间外形和结构及色彩进行扫描,以获得该物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实际物体的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为物体数字化提供了相当方便快捷的手段。三维扫描仪作为一种快速的立体测量设备，具有速度快、精度高，非接触和使用方便等优点，故三维扫描仪可以作为对物体进行三维建模的重要工具，从而在各个领域有着极为广泛的应用；但是，低于传统的三维扫描仪，通常存在扫描效率较低的缺陷。

实用新型内容

本实用新型解决的一个技术问题是如何提高三维扫描仪的扫描效率。

一种三维扫描仪，包括：

支架；

扫描单元，所述扫描单元设置在所述支架上，所述扫描单元的数量为多个，多个所述扫描单元沿轴向和/或周向间隔设置在所述支架的不同位置；及

运算器，所述运算器跟全部所述扫描单元电性连接。

在其中一个实施例中，所述扫描单元包括壳组件、图像采集组件和投影光机，所述图像采集组件和所述投影光机均间隔设置在所述壳组件的容置腔内，以沿厚度方向对所述壳组件施加支撑力的平面为参考平面，所述图像采集组件和所述投影光机两者的光轴到所述参考平面的距离相等。

在其中一个实施例中，所述图像采集组件包括两个灰度相机，两个所述灰度相机分居所述投影光机的相对两侧，且两个所述灰度相机相对所述投影光机对称设置。

在其中一个实施例中，所述图像采集组件还包括彩色相机，所述彩色相机位于其中一个所述灰度相机和所述投影光机之间。

在其中一个实施例中，所述投影光机、所述灰度相机和所述彩色相机三者的焦点相互重合，且所述焦点到所述光机的距离为400mm至500mm。

在其中一个实施例中，所述投影光机的光轴垂直所述壳组件的厚度方向，所述彩色相机的光轴与所述投影光机的光轴之间的夹角为10°至20°。

在其中一个实施例中，所述投影光机的光轴垂直所述壳组件的厚度方向，所述灰度相机的光轴与所述投影光机的光轴之间的夹角为20°至30°。

在其中一个实施例中，所述壳组件呈长方体状，所述壳组件包括沿垂直于所述壳组件厚度方向延伸的第一侧板，所述第一侧板上开设有透光孔和采集孔，所述透光孔与所述投影光机相对应，所述采集孔与所述图像采集组件相对应。

在其中一个实施例中，所述扫描单元还包括信号座和电源，所述壳组件还包括与所述第一侧板间隔设置的第二侧板，所述信号座和所述电源均设置在所述第二侧板上。

在其中一个实施例中，还包括导线，所述运算器与所述支架间隔设置，所述导线的一端与所述运算器电性连接，所述导线的另一端与全部所述扫描单元电性连接。

本实用新型的一个实施例的一个技术效果是：鉴于多个扫描单元沿轴向和/或周向间隔设置在支架的不同位置，支架上的多个扫描单元将同时待测物体进行扫描，而无需对待测物体的不同部位依次进行扫描，事实上，不同扫描单元从不同的方位和角度对待测物体进行扫描，使得整个三维扫描仪能够同时对待测物体形成全方位和多角度的扫描，即对待测物体的不同部位同时进行扫描，从而减少依次先后扫描的等待时间。特别对于体积和覆盖面积较大的待测物，可以减少或消除支架的移动时间，使得三维扫描仪能够在短时间内对待测物体的各部位均进行扫描完成，最终提高扫描效率。同时，多个扫描单元共用一个运算器，如此可以减少运算器的数量设置，从而简化三维扫描仪的结构和制造成本。并且，运算器可以对全部扫描单元所传输的扫描图像进行直接拼接，进一步提高三维扫描仪的扫描效率。

附图说明

图1为一实施例提供的三维扫描仪的结构示意图；

图2为图1所示三维扫描仪中扫描单元的立体结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1和图2，本实用新型一实施例提供的三维扫描仪10包括支架100、扫描单元200和运算器310，扫描单元200的数量为多个，多个扫描单元200沿支架100的轴向和/或周向间隔设置在支架100的不同位置，且全部扫描单元200均与运算器310电性连接。扫描单元200包括壳组件210、图像采集组件220和投影光机230。

参阅图2，在一些实施例中，壳组件210可以大致为长方体状，壳组件210包括第一侧板211、第二侧板212、第三侧板213、底板214和顶盖215。底板214、第一侧板211、第二侧板212和顶盖215的数量均分别为一个，第三侧板213的数量为两个。底板214和顶盖215为壳组件210的厚度方向间隔设置，显然，底板214和顶盖215的厚度方向也为壳组件210的厚度方向。第一侧板211、第二侧板212和第三侧板213均沿底板214的厚度方向凸出设置在底板214上，第一侧板211与底板214的其中一条长边连接，使得第一侧板211沿底板214的长度方向延伸，显然，底板214的长度方向垂直底板214的厚度方向。第二侧板212与底板214的另外一条长边连接，使得第二侧板212也沿底板214的长度方向延伸，故第一侧板211和第二侧板212沿底板214的宽度方向间隔设置。

两个第三侧板213沿底板214的长度方向间隔设置，使得其中一个第三侧板213与底板214的其中一条短边连接，另外一个第三侧板213与底板214的另外一条短边连接。也使得其中一个第三侧板213跟第一侧板211和第二侧板212的其中一端连接，另外一个第三侧板213跟第一侧板211和第二侧板212的另外一端连接。第一侧板211、第二侧板212和第三侧板213三者均位于底板214厚度方向上的同一侧，使得第一侧板211、第二侧板212、第三侧板213和底板214四者共同围成一个敞口腔。顶盖215跟第一侧板211、第二侧板212和第三侧板213可拆卸连接连接，使得顶盖215能够封闭敞口腔，被顶盖215封闭后的敞口腔将形成封闭的容置腔216，图像采集组件220和投影光机230两者均收容在容置腔216中。鉴于顶盖215可拆卸连接，可以将顶盖215进行卸载，从而打开容置腔216，以便对图像采集组件220和投影光机230进行维护。在其他实施例中，壳组件210还可以为椭圆形或三棱柱等形状，

在一些实施例中，第一侧板211上开设有透光孔2111，透光孔2111与投影光机230相对应，投影光机230所发出的光线可以经过该透光孔2111透射至壳组件210之外，进而使得投影光机230的光线投射至待测物体上。第一侧板211上还开设有采集孔2112，采集孔2112与图像采集组件220相对应，图像采集组件220可以通过该采集孔2112对待测物体进行图像采集。

在一些实施例中，图像采集组件220包括灰度相机221和彩色相机222，灰度相机221的数量为两个，彩色相机222的数量可以为一个，两个灰度相机221可以沿壳组件210的长度方向分居投影光机230的相对两侧，例如两个灰度相机221可以相对投影光机230对称设置。彩色相机222的数量为一个，该彩色相机222可以位于其中一个灰度相机221和投影光机230之间。上述采集孔2112可以包括第一孔2113、第二孔2114和第三孔2115，第一孔2113与其中一个灰度相机221相对应，该灰度相机221可以通过该第一孔2113采集图像，第二孔2114与另外一个灰度相机221相对应，该灰度相机221可以通过该第二孔2114采集图像，第三孔2115和彩色相机222相对应，该彩色相机222可以通过第三孔2115采集图像。第一孔2113和第二孔2114沿壳组件210的长度方向间隔设置，第三孔2115和第二孔2114可以相互连通。

在一些实施例中，当壳组件210的底板214放置在水平面上时，该水平面对壳组件210施加支撑力，壳组件210的重力方向与壳组件210的厚度方向相同，故壳组件210沿自身的厚度方向对水平面施加压力。以该水平面作为参考平面，投影光机230、灰度相机221和彩色相机222三者的光轴均可以平行该参考平面设置，且投影光机230、灰度相机221和彩色相机222三者的光轴位于同一平面内，使得投影光机230、灰度相机221和彩色相机222三者的光轴到参考平面的距离均相等。通俗而言，投影光机230、灰度相机221和彩色相机222三者的光轴相对参考平面的高度相等。显然，投影光机230、灰度相机221和彩色相机222三者的光轴垂直壳组件210的厚度方向。

在一些实施例中，投影光机230的光轴沿壳组件210的宽度方向延伸，使得投影光机230的光轴相对壳组件210宽度方向的夹角为零。彩色相机222的光轴与投影光机230的光轴之间的夹角为10°至20°，例如彩色相机222的光轴与投影光机230的光轴之间夹角的具体取值可以为10°、15°、18°或20°等。灰度相机221的光轴与投影光机230的光轴之间的夹角为20°至30°，例如灰度相机221的光轴与投影光机230的光轴之间夹角的具体取值可以为20°、25°、28°或30°等。投影光机230、灰度相机221和彩色相机222三者的焦点可以相互重合，且该焦点到光机的距离为400mm至500mm，例如焦点到光机距离的具体取值可以为400mm、450mm、470mm或500mm等。

当扫描单元200在对待测物进行三维扫描的过程中，投影光机230所发出的光线通过透光孔2111透射在壳组件210之外，最终使得该光线将投射至待测物体上。两个灰度相机221分别通过第一孔2113和第二孔2114对待测物体进行图像采集，彩色相机222通过第三孔2115对待测物体进行图像采集，然后将图像输入至运算器310，运算器310对图像进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理，解算出所捕获图像的像素点的三维坐标，从而获得待测物体的三维信息，最终实现整个三维扫描仪10对待测物体的三维扫描。

在一些实施例中，扫描单元200还包括信号座241和电源242，信号座241和电源242均可以设置在第二侧板212上，限号座可以用于插置信号线，电源242可以用于对投影光机230、彩色相机222和灰度相机221进行供电。第二侧板212上还可以设置固定孔等结构，当通过螺栓等紧固件穿设在该固定孔中时，可以使得螺栓等紧固件将第二侧板212直接固定在支架100上，从而将整个扫描单元200固定在支架100上。

在一些实施例中，三维扫描仪10还包括导线320，运算器310与支架100间隔设置，导线320的一端与运算器310电性连接，导线320的另一端与全部扫描单元200电性连接，从而使得全部扫描单元200均跟该运算器310建立电性连接关系。运算器310可以为电脑等。运算器310的数量为为一个，使得全部扫描单元200共用一个运算器310。在其他实施例中，运算器310可以直接设置在支架100上。

假如采用一个扫描单元200对待测物体进行扫描，为了对立体的待测物体全方位进行扫描，必须使得扫描单元200相对该待测物体产生运动，从而使得扫描单元200从不同范围和角度对待测物体进行扫描，以实现扫描单元200对待测物体的不同部位进行依次先后扫描。因此，当扫描单元200对待测物体全部扫描完毕之后，扫描单元200将消耗比较长的时间，从而影响扫描单元200的扫描效率。特别对于体积较大的待测物体，单个扫描单元200甚至无法完成扫描任务，故单个扫描单元200对扫描范围和待测物体的体积都有一定的限制。

而对于上述实施例中的三维扫描仪10，鉴于多个扫描单元200沿轴向和/或周向间隔设置在支架100的不同位置，当支架100放置在待测物体旁侧时，支架100上的多个扫描单元200将同时待测物体进行扫描，而无需对待测物体的不同部位依次进行扫描，事实上，不同扫描单元200从不同的方位和角度对待测物体进行扫描，使得整个三维扫描仪10能够同时对待测物体形成全方位和多角度的扫描，即对待测物体的不同部位同时进行扫描，从而减少依次先后扫描的等待时间。特别对于体积和覆盖面积较大的待测物，可以减少或消除支架100的移动时间，使得三维扫描仪10能够在短时间内对待测物体的各部位均进行扫描完成，最终提高扫描效率。

同时，多个扫描单元200共用一个运算器310，如此可以减少运算器310的数量设置，从而简化三维扫描仪10的结构和制造成本。并且，运算器310可以对全部扫描单元200所传输的扫描图像进行直接拼接，进一步提高三维扫描仪10的扫描效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三维扫描仪，其特征在于，包括：

支架；

扫描单元，所述扫描单元设置在所述支架上，所述扫描单元的数量为多个，多个所述扫描单元沿轴向和/或周向间隔设置在所述支架的不同位置；及

运算器，所述运算器跟全部所述扫描单元电性连接。

2.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述扫描单元包括壳组件、图像采集组件和投影光机，所述图像采集组件和所述投影光机均间隔设置在所述壳组件的容置腔内，以沿厚度方向对所述壳组件施加支撑力的平面为参考平面，所述图像采集组件和所述投影光机两者的光轴到所述参考平面的距离相等。

3.根据权利要求2所述的三维扫描仪，其特征在于，所述图像采集组件包括两个灰度相机，两个所述灰度相机分居所述投影光机的相对两侧，且两个所述灰度相机相对所述投影光机对称设置。

4.根据权利要求3所述的三维扫描仪，其特征在于，所述图像采集组件还包括彩色相机，所述彩色相机位于其中一个所述灰度相机和所述投影光机之间。

5.根据权利要求4所述的三维扫描仪，其特征在于，所述投影光机、所述灰度相机和所述彩色相机三者的焦点相互重合，且所述焦点到所述光机的距离为400mm至500mm。

6.根据权利要求4所述的三维扫描仪，其特征在于，所述投影光机的光轴垂直所述壳组件的厚度方向，所述彩色相机的光轴与所述投影光机的光轴之间的夹角为10°至20°。

7.根据权利要求3所述的三维扫描仪，其特征在于，所述投影光机的光轴垂直所述壳组件的厚度方向，所述灰度相机的光轴与所述投影光机的光轴之间的夹角为20°至30°。

8.根据权利要求2所述的三维扫描仪，其特征在于，所述壳组件呈长方体状，所述壳组件包括沿垂直于所述壳组件厚度方向延伸的第一侧板，所述第一侧板上开设有透光孔和采集孔，所述透光孔与所述投影光机相对应，所述采集孔与所述图像采集组件相对应。

9.根据权利要求8所述的三维扫描仪，其特征在于，所述扫描单元还包括信号座和电源，所述壳组件还包括与所述第一侧板间隔设置的第二侧板，所述信号座和所述电源均设置在所述第二侧板上。

10.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，还包括导线，所述运算器与所述支架间隔设置，所述导线的一端与所述运算器电性连接，所述导线的另一端与全部所述扫描单元电性连接。

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