CN116203535B - 一种计算机辅助光学扫描三维成像*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机辅助光学扫描三维成像***，涉及光学扫描设备技术领域，其包括：基座；载物盘，转动设置在基座中部，用于对扫描物件水平承放；外环架，转动设置在基座上，并与载物盘呈同心圆结构，基座上安装有驱动电机，驱动电机的输出端通过齿轮啮合作用与外环架相连接传动；连接轴座，固定在外环架上，连接轴座上转动安装有机械臂；扫描调配机构，安装在机械臂的端部；环境灯架，周向分布在基座***；表面调光处理组件，安装在外环架上远离连接轴座的一侧；计算机控制***，与机械臂、扫描调配机构以及表面调光处理组件相电性连接；***构成更加简单，便于***的维护和管理，数据处理更加简便。

Description

一种计算机辅助光学扫描三维成像***

技术领域

本发明属于光学扫描设备技术领域，具体是一种计算机辅助光学扫描三维成像***。

背景技术

计算机辅助光学扫描三维成像***集成了多种先进技术，光学扫描中将激光束或白光束投射到物体表面上，通过检测反射光的方式来获取物体表面的几何形状和颜色信息的技术，并利用计算机对图像进行处理和分析的技术，可以用来获取物体表面的几何形状、纹理等信息，广泛应用于工业设计、文物保护、医学、生物学等。现有的光学扫描三维成像***虽然已经非常成熟，但扫描中仍需人工持握扫描器，极易受光线照射影响导致捕捉到的几何形状和颜色信息出现失真，而某些形状和颜色的对象可能会对扫描结果产生困难（反光表面可能会反射激光、黑色表面可能会吸收激光），难以获取准确的深度信息，尤其过于复杂扫描成像中扫描数据量庞大，数据处理较为困难；因此，本领域技术人员提供了一种计算机辅助光学扫描三维成像***，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种计算机辅助光学扫描三维成像***，其包括：

基座；

载物盘，转动设置在所述基座中部，用于对扫描物件水平承放；

外环架，转动设置在所述基座上，并与所述载物盘呈同心圆结构，所述基座上安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端通过齿轮啮合作用与所述外环架相连接传动；

连接轴座，固定在所述外环架上，所述连接轴座上转动安装有机械臂；

扫描调配机构，安装在所述机械臂的端部，所述扫描调配机构采用激光器对静置的扫描物件发射激光束，并由光点探测器接收反射的激光束；

环境灯架，周向分布在基座***；

表面调光处理组件，安装在外环架上远离所述连接轴座的一侧；

计算机控制***，与所述机械臂、扫描调配机构以及所述表面调光处理组件相电性连接，所述计算机控制***用于控制扫描成像中的运动轨迹和速度，并收集扫描数据加以处理和分析。

进一步，作为优选，所述扫描调配机构包括：

调配架，转动设置在机械臂上，所述机械臂上滑动设置有导杆，所述导杆的一端与所述调配架相连接；

架板，固定在所述调配架的一侧；

侧定位架，安装在所述架板上，所述侧定位架上沿水平方向转动设置有侧扫描器；

微调伸缩杆，设置在所述侧定位架上，所述微调伸缩杆的伸缩端与所述侧扫描器相连接；以及

上扫描器，安装在架板上并位于侧扫描器上方。

进一步，作为优选，所述侧定位架为左右设置的两个，且所述架板上横向固定有滑动架，所述侧定位架均可滑动调节的设置在所述滑动架上，所述侧扫描器相对侧定位架的偏转角度范围为-75°至75°。

进一步，作为优选，两个所述侧扫描器在三维扫描成像中配合上扫描器优先对扫描物件轮廓进行初步扫描，而后在三维精度扫描成像中，其中一个所述侧扫描器始终垂向于扫描物件表面。

进一步，作为优选，所述架板上位于上扫描器处固定有调节座，所述调节座上分布有多个伸缩导杆，各所述伸缩导杆的一端均万向转动连接在轴板上，所述上扫描器与所述轴板相固定。

进一步，作为优选，所述表面调光处理组件包括：

柱架，竖直固定在所述外环架上，所述柱架上滑动调节的设置有滑动座，所述滑动座上水平滑动设置有横架；

转向轴，转动设置在横架上，所述转向轴的一侧转动设置有轴盘，所述轴盘上固定有支架体；

内筒管，竖直设置在所述支架体内，所述内筒管内竖直设置有固定管；

调节灯，固定在固定管的下方，所述内筒管上设置有反光灯罩，所述调节灯设置在所述反光灯罩内；

散光灯，周向分布在所述内筒管的下方且位于调节灯的***；以及

涂料装置，设置在所述内筒管中。

进一步，作为优选，所述涂料装置包括：

安装环，滑动设置在所述内筒管中；

环形气压仓，固定在所述内筒管内，所述环形气压仓内滑动设置有环塞，所述环塞的下方连接有多个连杆，各所述连杆的一端与所述安装环相固定；

气压管，连接在所述环形气压仓的上方；

漆料喷管，为圆周设置的多个，各所述漆料喷管的一端与所述安装环相连接，所述内筒管的端部嵌入转动设置有滚轴，所述漆料喷管的一端滑动穿接在所述滚轴上；以及

内料管，竖直设置在所述固定管内，所述内料管的一端与各所述漆料喷管相连接。

进一步，作为优选，所述内筒管与所述支架体相转动设置，并由固定在支架体上的外设电机驱动旋转，所述漆料喷管呈倾斜架设在所述内筒管中。

进一步，作为优选，所述内料管能够对漆料喷管气压输送喷绘涂料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中能够由扫描调配机构通过机械臂对扫描物件进行多角度扫描成像，并绕载物盘周向旋转中实现完整扫描工作，无视野死角；

本发明中侧扫描器能够配合上扫描器进行高精度扫描工作，并形成完整成像，成像精度高，相较于多扫描探测头光学扫描三维成像装置，***构成更加简单，便于***的维护和管理，数据处理更加简便；

本发明中还设置的表面调光处理组件能有效针对扫描物件某一成像困难的部位颜色、光照进行重新调配处理，实现成像完整性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中外环架的结构示意图；

图3为本发明中扫描调配机构的结构示意图；

图4为本发明中滑动架的结构示意图；

图5为本发明中表面调光处理组件的结构示意图；

图6为本发明中安装环的结构示意图；

图中：1、基座；11、载物盘；12、连接轴座；13、机械臂；14、外环架；15、驱动电机；2、扫描调配机构；21、调配架；22、导杆；23、架板；24、侧定位架；25、侧扫描器；26、微调伸缩杆；27、调节座；28、上扫描器；29、轴板；210、伸缩导杆；211、滑动架；3、表面调光处理组件；31、柱架；32、横架；33、转向轴；34、支架体；35、内筒管；36、固定管；37、调节灯；38、反光灯罩；4、安装环；41、环形气压仓；42、漆料喷管；43、滚轴；44、内料管。

具体实施方式

请参阅图1~图6，本发明实施例中，一种计算机辅助光学扫描三维成像***，其其包括：

基座1；

载物盘11，转动设置在所述基座1中部，用于对扫描物件水平承放；

外环架14，转动设置在所述基座1上，并与所述载物盘11呈同心圆结构，所述基座1上安装有驱动电机15，所述驱动电机15的输出端通过齿轮啮合作用与所述外环架14相连接传动；

连接轴座12，固定在所述外环架14上，所述连接轴座12上转动安装有机械臂13；

扫描调配机构2，安装在所述机械臂13的端部，所述扫描调配机构2采用激光器对静置的扫描物件发射激光束，并由光点探测器接收反射的激光束；

环境灯架（图中未示出），周向分布在基座1***；

表面调光处理组件3，安装在外环架14上远离所述连接轴座12的一侧；

计算机控制***（图中未示出），与所述机械臂13、扫描调配机构2以及所述表面调光处理组件3相电性连接，所述计算机控制***用于控制扫描成像中的运动轨迹和速度，并收集扫描数据加以处理和分析，这其中，一方面可由载物盘控制扫描物件自主旋转展示，从而实现稳定成像，另一方面可由外环架14控制扫描调配机构2周向位移，从而实现光线统一的高精度成像。

本实施例中，所述扫描调配机构2包括：

调配架21，转动设置在机械臂13上，所述机械臂13上滑动设置有导杆22，所述导杆22的一端与所述调配架21相连接；

架板23，固定在所述调配架21的一侧；

侧定位架24，安装在所述架板23上，所述侧定位架24上沿水平方向转动设置有侧扫描器25；

微调伸缩杆26，设置在所述侧定位架24上，所述微调伸缩杆26的伸缩端与所述侧扫描器25相连接；以及

上扫描器28，安装在架板23上并位于侧扫描器25上方。

作为较佳的实施例，所述侧定位架24为左右设置的两个，且所述架板23上横向固定有滑动架211，所述侧定位架24均可滑动调节的设置在所述滑动架211上，所述侧扫描器25相对侧定位架24的偏转角度范围为-75°至75°，其中，本发明中扫描三维成像***由三组探测头组成（即两个侧扫描器和一个上扫描器），相比较于多扫描探测头光学扫描三维成像装置，***构成更加简单，便于***的维护和管理，同时数据量相比较于多扫描探测头光学扫描三维成像装置更少，数据处理更加简便。

本实施例中，两个所述侧扫描器25在三维扫描成像中配合上扫描器28优先对扫描物件轮廓进行初步扫描，而后在三维精度扫描成像中，其中一个所述侧扫描器25始终垂向于扫描物件表面，也就是说在三维精度扫描中其中一个侧扫描器垂向于扫描物件表面（另一个倾斜设置，并形成扫描交汇），在周向位移中完成第一次扫描工作（以相对左侧的侧扫描器垂向设置为例，此时相对右侧的侧扫描器能够呈倾斜架设，并与左侧的侧扫描器达到扫描视觉交汇，外环架转动中使得左侧的侧扫描器能够实现对扫描物件的正向扫描工作，而右侧的侧扫描器则进行相对右侧的侧向扫描），对两个所述侧扫描器反向调节使得右侧的扫描器垂向于扫描物件表面，在相反的位移中完成第二次扫描工作，从而将两次扫描数据重合汇总（即根据正向扫描成像数据将左侧的侧扫描器扫描数据与右侧的侧扫描器扫描数据汇总），并形成完整成像，成像精度高，数据处理更加简便。

本实施例中，所述架板23上位于上扫描器28处固定有调节座27，所述调节座27上分布有多个伸缩导杆210，各所述伸缩导杆210的一端均万向转动连接在轴板29上，所述上扫描器28与所述轴板29相固定，从而能够实现上扫描器28的多角度调节，形成扫描补位。

本实施例中，所述表面调光处理组件3包括：

柱架31，竖直固定在所述外环架14上，所述柱架31上滑动调节的设置有滑动座，所述滑动座上水平滑动设置有横架32；

转向轴33，转动设置在横架32上，所述转向轴33的一侧转动设置有轴盘，所述轴盘上固定有支架体34；

内筒管35，竖直设置在所述支架体34内，所述内筒管35内竖直设置有固定管36；

调节灯37，固定在固定管36的下方，所述内筒管35上设置有反光灯罩38，所述调节灯37设置在所述反光灯罩38内；

散光灯，周向分布在所述内筒管35的下方且位于调节灯37的***；以及

涂料装置，设置在所述内筒管35中，其中，调节灯37与散光灯能够进行多亮度调节工作（常见的光源包括白光LED、激光光源、氙气灯等），在针对扫描物件的某一形状点位处的数据缺失填补中，扫描调配机构2能够聚焦在对应位置处，此时调节灯37与散光灯配合进行表面调光，使得物体表面的反射光更加均匀，减小反射光的不均匀对成像的影响，从而提高成像质量和精度。

作为较佳的实施例，所述涂料装置包括：

安装环4，滑动设置在所述内筒管35中；

环形气压仓41，固定在所述内筒管35内，所述环形气压仓41内滑动设置有环塞，所述环塞的下方连接有多个连杆，各所述连杆的一端与所述安装环4相固定；

气压管，连接在所述环形气压仓41的上方；

漆料喷管42，为圆周设置的多个，各所述漆料喷管42的一端与所述安装环4相连接，所述内筒管35的端部嵌入转动设置有滚轴43，所述漆料喷管42的一端滑动穿接在所述滚轴43上；以及

内料管44，竖直设置在所述固定管36内，所述内料管44的一端与各所述漆料喷管42相连接。

本实施例中，所述内筒管35与所述支架体34相转动设置，并由固定在支架体34上的外设电机驱动旋转，所述漆料喷管42呈倾斜架设在所述内筒管35中，也就是说，针对扫描物件表面形状和颜色造成扫描困难所导致的数据缺失，本发明可采用多个漆料喷管42对扫描物件表面添加喷绘涂料，以便扫描中能够在光滑、反光性好的表面反射光均匀，从而获得更清晰的成像效果。

本实施例中，所述内料管44能够对漆料喷管42气压输送喷绘涂料（可以为光泽油墨、紫外线固化涂料丙烯酸涂料等），使得扫描物件表面光泽度更高，适合用于制作需要高清晰度、高反射性的图像。

具体地，将扫描物件放置在载物盘上，优先通过载物盘的转动作用由扫描调配机构对扫描物件轮廓进行初步扫描，而后计算机控制***计算分析扫描路线以及与扫描物件之间的控制距离，而后在三维精度扫描成像中，其中一个所述侧扫描器始终垂向于扫描物件表面实现对扫描物件的正向扫描与侧向扫描工作，各侧扫描器反向调节后再次完成第二次扫描工作，由计算机控制***将两次扫描数据重合汇总，成像精度高，数据处理更加简便，而对于扫描物件的某一点位处的数据缺失填补中，可配合表面调光处理组件重新进行表面添加喷绘涂料、调光等，从而获得更清晰的成像效果。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种计算机辅助光学扫描三维成像***，其特征在于，其包括：

基座（1）；

载物盘（11），转动设置在所述基座（1）中部，用于对扫描物件水平承放；

外环架（14），转动设置在所述基座（1）上，并与所述载物盘（11）呈同心圆结构，所述基座（1）上安装有驱动电机（15），所述驱动电机（15）的输出端通过齿轮啮合作用与所述外环架（14）相连接传动；

连接轴座（12），固定在所述外环架（14）上，所述连接轴座（12）上转动安装有机械臂（13）；

扫描调配机构（2），安装在所述机械臂（13）的端部，所述扫描调配机构（2）采用激光器对静置的扫描物件发射激光束，并由光点探测器接收反射的激光束；

环境灯架，周向分布在基座（1）***；

表面调光处理组件（3），安装在外环架（14）上远离所述连接轴座（12）的一侧；

计算机控制***，与所述机械臂（13）、扫描调配机构（2）以及所述表面调光处理组件（3）相电性连接，所述计算机控制***用于控制扫描成像中的运动轨迹和速度，并收集扫描数据加以处理和分析；

所述扫描调配机构（2）包括：

调配架（21），转动设置在机械臂（13）上，所述机械臂（13）上滑动设置有导杆（22），所述导杆（22）的一端与所述调配架（21）相连接；

架板（23），固定在所述调配架（21）的一侧；

侧定位架（24），安装在所述架板（23）上，所述侧定位架（24）上沿水平方向转动设置有侧扫描器（25）；

微调伸缩杆（26），设置在所述侧定位架（24）上，所述微调伸缩杆（26）的伸缩端与所述侧扫描器（25）相连接；以及

上扫描器（28），安装在架板（23）上并位于侧扫描器（25）上方；

所述表面调光处理组件（3）包括：

柱架（31），竖直固定在所述外环架（14）上，所述柱架（31）上滑动调节的设置有滑动座，所述滑动座上水平滑动设置有横架（32）；

转向轴（33），转动设置在横架（32）上，所述转向轴（33）的一侧转动设置有轴盘，所述轴盘上固定有支架体（34）；

内筒管（35），竖直设置在所述支架体（34）内，所述内筒管（35）内竖直设置有固定管（36）；

调节灯（37），固定在固定管（36）的下方，所述内筒管（35）上设置有反光灯罩（38），所述调节灯（37）设置在所述反光灯罩（38）内；

散光灯，周向分布在所述内筒管（35）的下方且位于调节灯（37）的***；以及

涂料装置，设置在所述内筒管（35）中；

所述涂料装置包括：

安装环（4），滑动设置在所述内筒管（35）中；

环形气压仓（41），固定在所述内筒管（35）内，所述环形气压仓（41）内滑动设置有环塞，所述环塞的下方连接有多个连杆，各所述连杆的一端与所述安装环（4）相固定；

气压管，连接在所述环形气压仓（41）的上方；

漆料喷管（42），为圆周设置的多个，各所述漆料喷管（42）的一端与所述安装环（4）相连接，所述内筒管（35）的端部嵌入转动设置有滚轴（43），所述漆料喷管（42）的一端滑动穿接在所述滚轴（43）上；以及

内料管（44），竖直设置在所述固定管（36）内，所述内料管（44）的一端与各所述漆料喷管（42）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种计算机辅助光学扫描三维成像***，其特征在于，所述侧定位架（24）为左右设置的两个，且所述架板（23）上横向固定有滑动架（211），所述侧定位架（24）均可滑动调节的设置在所述滑动架（211）上，所述侧扫描器（25）相对侧定位架（24）的偏转角度范围为-75°至75°。

3.根据权利要求1所述的一种计算机辅助光学扫描三维成像***，其特征在于，两个所述侧扫描器（25）在三维扫描成像中配合上扫描器（28）优先对扫描物件轮廓进行初步扫描，而后在三维精度扫描成像中，其中一个所述侧扫描器（25）始终垂向于扫描物件表面。

4.根据权利要求1所述的一种计算机辅助光学扫描三维成像***，其特征在于，所述架板（23）上位于上扫描器（28）处固定有调节座（27），所述调节座（27）上分布有多个伸缩导杆（210），各所述伸缩导杆（210）的一端均万向转动连接在轴板（29）上，所述上扫描器（28）与所述轴板（29）相固定。

5.根据权利要求1所述的一种计算机辅助光学扫描三维成像***，其特征在于，所述内筒管（35）与所述支架体（34）相转动设置，并由固定在支架体（34）上的外设电机驱动旋转，所述漆料喷管（42）呈倾斜架设在所述内筒管（35）中。

6.根据权利要求1所述的一种计算机辅助光学扫描三维成像***，其特征在于，所述内料管（44）能够对漆料喷管（42）气压输送喷绘涂料。