三维扫描装置及三维扫描方法与流程

本发明涉及一边使测定对象物旋转，一边利用三维扫描仪来对测定对象物的形状进行测定的三维扫描装置及三维扫描方法。

背景技术：

通过测定实物来生成三维扫描数据的工作称作三维扫描(3dscanning)。通常，这种三维扫描为以如下方式进行的工作，即，在可旋转的转盘上放置测定对象物，并一边使转盘进行360度的旋转，一边利用三维扫描仪来扫描测定对象物，由此生成三维扫描数据。

在韩国公开专利公报第10-2014-0002270号中公开了三维扫描仪夹具装置，上述三维扫描仪夹具装置可用于固定汽车底盘部件，并一边使固定的底盘部件旋转，一边利用三维扫描仪来扫描汽车底盘部件。并且，在韩国授权专利第10-1477185号中公开了三维扫描平台及具有其的三维扫描装置，在上述三维扫描装置中，在扫描平台放置测定对象物，并一边使扫描平台旋转，一边利用扫描仪对测定对象物进行三维测定。

在上述现有文献的三维扫描方法执行如下的步骤，即，为了对测定对象物的整体形状进行测定，一边使测定对象物旋转，一边利用扫描仪来从多向获取测定数据，并整合这些数据。其中，当通过使测定对象物进行360度的旋转来扫描测定对象物时，为了获取测定对象物的完整的测定数据，需要以使测定对象物的旋转角度非常小的方式进行设置来从无数多个方向(角度)对测定对象物进行扫描。但是，在此情况下，由于测定出的数据量太多、且测定时间变长，因此，实际上无法获取测定对象物的完整的测定数据。

因此，若利用通常的三维扫描方法扫描测定对象物，则最终会发生未被测定的区域，因而工作人员需要在用肉眼确认测定结果后，在测定对象物中找出所要追加测定的部分，并进行追加测定。

技术实现要素：

本发明用于解决上述问题，本发明的目的在于，提供无需对测定对象物进行额外的测定工作，并且既可缩短测定时间，又可进行精确测定的三维扫描方法。

为了实现上述目的，本发明提出三维扫描装置，上述三维扫描装置包括：转盘，用于支撑测定对象物，上述转盘能够以旋转轴为中心进行360度的旋转，使得上述测定对象物旋转；三维扫描仪，设置于从上述转盘隔开规定距离的位置，上述三维扫描仪通过对上述转盘上的测定对象物进行扫描来获取上述测定对象物的三维扫描数据；以及控制部，通过控制上述转盘的旋转及上述三维扫描仪的工作，来使上述转盘进行360度的旋转，运行上述三维扫描仪并以按上述转盘的不同的旋转角度来扫描上述测定对象物，通过对未被上述三维扫描仪所测定的上述测定对象物的未测定部分进行判别来对未测定部分进行追加测定。

优选地，本发明的特征在于，上述控制部包括：扫描数据合并部，用于对借助上述三维扫描仪获取的上述测定对象物的多个三维扫描数据进行合并；未测定部分判别部，以经过上述扫描数据合并部合并的结果值为基础来对上述测定对象物的未测定部分进行判别；以及位置校正部，获取上述三维扫描仪与上述转盘之间的相对位置信息及上述转盘的旋转角度信息，相对应调整对上述三维扫描仪的上述转盘的旋转角度以与从上述未测定部分判别部获取的上述未测定部分。

其中，本发明的特征在于，上述未测定部分判别部在扫描数据中对经过扫描的部分和未经过扫描的未测定部分的边界线进行判别，上述未测定部分判别部在经过扫描的数据的三角形网格的三个边中，将无相邻三角形的边判断为上述边界线。

优选地，本发明的特征在于，上述控制部还包括扫描方向判别部，上述扫描方向判别部从上述未测定部分的多个边界线计算多个法线方向，并计算上述多个法线方向的平均方向，在将上述未测定部分的多个边界线向上述平均方向投影与虚拟的扫描数据投影面后，对在上述扫描数据投影面上由多个边界线构成的面积进行计算，来将计算出的面积设定为初始值，并一边以上述转盘的旋转轴为中心来使未测定部分的扫描数据进行虚拟旋转，一边对在上述扫描数据投影面上使多个边界线具有最大面积的方向进行计算，来将计算出的方向设定为扫描方向，上述位置校正部使上述转盘向由上述扫描方向判别部计算出的扫描方向旋转，上述三维扫描仪在上述扫描方向对测定对象物进行追加测定。

并且，本发明的特征在于，上述控制部还包括工作结束判别部，上述工作结束判别部对在追加测定前计算出的多个边界线的投影面积和在追加测定后计算出的多个边界线的投影面积的差异值与用户所定义的设定值进行比较，来判别扫描工作是否结束。

额外地，本发明的特征在于，上述三维扫描仪为与机械臂相连接的移动式扫描仪，上述位置校正部以由上述扫描方向判别部计算出的扫描方向为基础对上述机械臂的位置进行校正。

本发明的三维扫描方法包括：步骤a，在转盘上放置测定对象物后，一边使上述转盘进行360度的旋转，一边利用三维扫描仪对上述测定对象物进行扫描来获取三维扫描数据；步骤b，对从上述三维扫描仪获取的上述测定对象物的三维扫描数据进行合并；步骤c，在经过合并的扫描数据的结果值中，获取出经过扫描的部分和未经过扫描的部分的边界线来判别测定对象物的未测定部分；步骤d，调整对上述三维扫描仪的上述转盘的旋转角度以相对应与上述测定对象物的未测定部分；步骤e，利用三维扫描仪对上述测定对象物进行追加扫描来获取追加扫描数据。

优选地，本发明的特征在于，在上述步骤c中，上述边界线被定义为无相邻三角形的边在扫描数据的多个三角形网格的3个边中，以上述边界线为基准，不存在多个三角形网格的部分被判别为扫描数据的未测定部分。

其中，本发明的特征在于，在上述步骤d中，从上述未测定部分的多个边界线计算多个法线方向，并计算上述多个法线方向的平均方向，在将上述未测定部分的多个边界线向上述平均方向投影于虚拟的扫描数据投影面后，对在上述扫描数据投影面上由多个边界线构成的面积进行计算，来将计算出的面积设定为初始值，并一边以上述转盘的旋转轴为中心来使未测定部分的扫描数据进行虚拟旋转，一边对在上述扫描数据投影面上使多个边界线具有最大面积的方向进行计算，来将计算出的方向设定为扫描方向，并使上述转盘向被设定的上述扫描方向旋转。

优选地，本发明的特征在于，还包括对在上述步骤e的追加测定前计算出的多个边界线的投影面积和在上述步骤e的追加测定后计算出的多个边界线的投影面积的差异值与用户预先定义的设定值进行比较的步骤，上述进行比较的结果，若差异值小于设定值，则以扫描工作结束来判别，若差异值为设定值以上，则追加执行上述步骤e。

额外地，本发明的特征在于，上述三维扫描仪为与机械臂相连接的移动式扫描仪，在上述步骤d中，上述位置校正部以由上述扫描方向判别部计算出的扫描方向为基础对上述机械臂的位置进行校正。

根据本发明，可自动执行通过查找测定对象物的未测定部分来对未测定部分进行追加测定的一系列步骤，从而可在短时间内对测定对象物进行精确的扫描。

附图说明

图1为例示本发明的三维扫描装置的图。

图2为简要表示本发明的三维扫描装置结构的框图。

图3为简要表示本发明的三维扫描方法的一系列步骤的流程图。

图4a至图4g为为了说明本发明的三维扫描方法的多个工序而图示化的图。

具体实施方式

参照图1及图2，本发明的三维扫描装置包括：转盘10，用于支撑测定对象物20；三维扫描仪30，用于对上述转盘10上的测定对象物20进行扫描；以及控制部100，用于对转盘10和三维扫描仪30的工作进行控制。

转盘10具有可用于支撑测定对象物20的平坦的支撑部，以旋转轴为中心，上述支撑部以可旋转360度的方式构成。并且，为了支撑测定对象物20，代替转盘，可取而代之地使用云台单元(pantiltunit)等多轴设备。

三维扫描仪30设置于从转盘10隔开规定距离的位置，上述三维扫描仪30通过对被转盘10上的支撑部所支撑的测定对象物20进行扫描来获取测定对象物20的三维扫描数据。其中，三维扫描仪30可以是固定型扫描仪，固定于从转盘10的所定的位置。并且，三维扫描仪30可以为固定于从转盘10隔开有规定距离的位置，且设置于可移动的机械臂的移动式扫描仪。

控制部100可由计算装置构成，上述计算装置包括执行用于扫描测定对象物20的一系列工序的多个处理器。上述计算装置可以为可支持上述处理器的工作站(workstation)、服务器(server)、笔记本电脑(laptop)、大型机(mainframe)、掌上电脑(pda)、集群(cluster)、虚拟装置(virtualdevice)或者其他计算装置。

其中，控制部100对控制转盘10的旋转工作及三维扫描仪30的扫描工作进行控制。若开始扫描工作，则控制部100使转盘10进行360度的旋转。与此同时，控制部100控制三维扫描仪30的工作以按转盘10的不同的旋转角度来扫描测定对象物20。例如，转盘10每旋转10度，三维扫描仪30可通过扫描测定对象物20来获取共36个扫描数据。

并且，控制部100对未被三维扫描仪30所测定的测定对象物10的未测定部分进行判别，并根据上述判别结果来对未测定部分进行追加测定，即，对转盘10的旋转工作及三维扫描仪30的扫描工作进行控制，以进行扫描。即，本发明的三维扫描装置一边使测定对象物20进行360度的旋转，一边测定整体形状，之后通过找出未测定部分来进行追加测定，从而可获取精确的三维扫描数据。

具体地，控制部100包括扫描数据合并部110、未测定部分判别部120、位置校正部130、扫描方向判别部140及工作结束判别部150。

扫描数据合并部110通过对借助三维扫描仪30获取的测定对象物的多个三维扫描数据进行合并，来起到用于对呈现测定对象物20的整体形状的扫描数据进行计算的作用。上述对多个扫描数据的合并方法可以为公知的数据合并方法中的一种方法。

未测定部分判别部120以从扫描数据合并部110获取的结果值为基础，即，以对测定对象物20的整体形状的扫描数据为基础，对测定对象物20的未被测定的未测定部分，即，对未经过扫描的部分进行判别。

其中，未测定部分判别部120在由扫描数据合并部110合并的扫描数据中，对经过扫描的部分和未经过扫描的部分的边界线b(参照图4a)进行判别。此时，在被合并的扫描数据中，经过扫描的部分的数据以多个三角形网格m的集合来表示，未经过扫描的部分以闲置空间来表示。并且，未测定部分判别部120在扫描数据的三角形网格的三个边中，将无相邻三角形的边判断为边界线b。

因此，未测定部分判别部120以边界线b为中心，将存在多个三角形网格m的部分判断为经过扫描的部分o，不存在三角形网格m的部分判断为未测定部分x。

位置校正部130获取三维扫描仪30与转盘10之间的相对位置信息及转盘10的旋转角度信息。这种相对位置信息及旋转角度信息被利用于将经过扫描的数据排列在三维扫描仪30的坐标空间中。其中，转盘10和三维扫描仪30的相对位置信息可通过校准(calibration)等的公知方法来获取。

并且，位置校正部130调整对三维扫描仪30的转盘10的旋转角度以相对应与从未测定部分判别部120获取的未测定部分。即，位置校正部130调整转盘10的旋转角度以使三维扫描仪30朝向测定对象物20的未测定部分。

扫描方向判别部140从由未测定部分判别部120计算出的扫描数据的未测定部分x的多个边界线b计算多个法线方向n。参照图4b，法线方向n被定义为从扫描数据的任意位置朝向测定对象物20的外侧的多个方向，并由箭头来表示。并且，扫描方向判别部140计算上述多个法线方向n的平均方向。

并且，参照图4c，扫描方向判别部140在将上述未测定部分x的多个边界线b向法线方向n的平均方向投影于虚拟的扫描数据投影面p后，对在扫描数据投影面p上由多个边界线b构成的面积(未测定部分的面积)进行计算，并将上述计算值设定为初始值。即，扫描方向判别部140以由未测定部分判别部120判别的未测定部分x的相关信息(边界线信息)为基础，从经过扫描的部分假设多个法线方向n的平均方向为可设置三维扫描仪的方向，并在上述虚拟的三维扫描仪30与测定对象物20之间设定虚拟的扫描数据投影面p后，对由投影于扫描数据投影面p的扫描数据的多个边界线构成的面积进行计算。在图4c中，以附图符号20来示出的测定对象物并非为所示出的实物，而是将经过扫描的数据进行了图示化。图4d表示将扫描数据投影于虚拟的扫描数据投影面的状态，由边界线b构成的面积为所要获取的值。

并且，扫描方向判别部140一边以转盘10的旋转轴为中心来使未测定部分x的扫描数据进行虚拟旋转，一边对在扫描数据投影面上使多个边界线b具有最大面积的方向进行计算，来将计算出的方向设定为扫描方向sd。若扫描方向sd得到设定，位置校正部130使转盘10向由扫描方向判别部140设定的扫描方向sd旋转(参照图4e)，三维扫描仪30在扫描方向对测定测定对象物20进行追加测定。

额外地，在三维扫描仪30为与机械臂相连接的移动式扫描仪的情况下，位置校正部130以由扫描方向判别部140计算出的扫描方向sd为基础校正机械臂的位置，在此状态下，三维扫描仪30可追加测定测定对象物20。

工作结束判别部150将在三维扫描仪30进行追加测定前计算出的未测定部分的多个边界线的投影面积和在三维扫描仪30经过追加测定后计算出的未测定部分的多个边界线的投影面积的差异值与用户预先定义的设定值进行比较，来判别扫描工作是否结束。其中，若上述差异值小于设定值，则工作结束判别部150判断为扫描工作已结束，若上述差异值大于设定值，则工作结束判别部150使追加扫描工作进行。

像这样，本发明的三维扫描装置通过找出测定对象物的未测定部分来执行对未测定部分进行追加测定的一系列步骤，从而可在短时间内进行精确的测定。

以下，参照附图，说明本发明的三维扫描方法。

首先，在转盘10上放置测定对象物20后，若开始扫描工作，则控制部100一边使转盘10进行360度的旋转，一边利用三维扫描仪30扫描测定对象物20来获取测定对象物20的三维扫描数据(步骤s100)。其中，三维扫描仪30的扫描工作及转盘10的旋转工作由控制部100控制，三维扫描仪30按转盘10的不同的旋转角度扫描测定对象物20来获取多个三维扫描数据。

接着，控制部100的扫描数据合并部110对从三维扫描仪30获取的测定对象物20的三维扫描数据进行合并，来获取测定对象物20的整体形状的扫描数据(步骤s200)。

在此情况下，控制部100的未测定部分判别部120在从扫描数据合并部110获取的结果值中，获取出经过扫描的部分o和未经过扫描的部分x的边界线b，并对测定对象物20的未测定部分x进行判别(步骤s300)。即，未测定部分判别部120以对测定对象物20的整体形状的扫描数据为基础，对测定对象物20的未测定部分x，即，对未经过扫描的部分进行判别。

其中，未测定部分判别部120在由扫描数据合并部110合并的扫描数据中，对经过扫描的部分和未经过扫描的部分的边界线b进行判别。此时，在经过合并的扫描数据中，经过扫描的部分o的数据以多个三角形网格m的集合来表示，未经过扫描的部分x以闲置空间来表示。其中，未测定部分判别部120在扫描数据的三角形网格的3个边中，将无相邻三角形的边判断为边界线b。因此，未测定部分判别部120以边界线b为中心，将存在多个三角形网格m的部分判断为经过扫描的部分o，不存在多个三角形网格m的部分判断为未测定部分x。

若由未测定部分判别部120判别出测定对象物20的未测定部分x，则控制部100的位置校正部130对三维扫描仪30的转盘10旋转角度进行调整以相对应与测定对象物20的未测定部分x(步骤s400)。即，位置校正部130对转盘10的旋转角度进行调整以使三维扫描仪30朝向测定对象物20的未测定部分x。

在此情况下，扫描方向判别部140在将上述未测定部分x的多个边界线b向多个法线方向n的平均方向投影于虚拟的扫描数据投影面p后，对在扫描数据投影面p上由多个边界线b构成的面积(未测定部分的面积)进行计算，并将上述计算值设定为初始值。即，扫描方向判别部140以由未测定部分判别部120判别出的未测定部分x的相关信息(边界线信息)为基础，从经过扫描的部分假设多个法线方向n的平均方向为可设置三维扫描仪的方向，并在上述虚拟的三维扫描仪30与测定对象物20之间设定虚拟的扫描数据投影面p后，对由投影于扫描数据投影面p的扫描数据的多个边界线构成的面积进行计算。

并且，扫描方向判别部140一边以转盘10的旋转轴为中心来使未测定部分x的扫描数据进行虚拟旋转，一边对在扫描数据投影面上使多个边界线b具有最大面积的方向进行计算，来将计算出的方向设定为扫描方向sd。若扫描方向sd得到设定，位置校正部130使转盘10向由扫描方向判别部140设定的扫描方向sd旋转。

在此情况下，控制部100利用三维扫描仪对测定对象物20进行追加扫描，来获取追加扫描数据(步骤s500)。此时，三维扫描仪30在由扫描方向判别部140设定的扫描方向sd对测定对象物20进行追加测定。

另一方面，若存在对所要扫描的测定对象物的计算机辅助设计(cad)数据，则在扫描过程中，可使用上述计算机辅助设计数据来对扫描数据的未测定部分进行判别。在图4f中示出计算机辅助设计数据，图4g表示获取到的扫描数据与计算机辅助设计数据相重叠的状态。在图4g中，以附图标记x来表示的区域相当于没有扫描数据的未测定部分。由相当于上述未测定部分x的计算机辅助设计数据部分的法线方向的平均值来计算扫描方向的初始值，由此计算出使投影于扫描数据投影面的面积为最大化的方向，来设定扫描方向。并且，当对计算机辅助设计数据部分的法线方向的平均值进行计算时，应考虑到相应部分的要素的面积，使得大面积的要素对法线方向的平均值产生更多的影响，从而可对未测定部分的扫描方向进行计算。

本发明的三维扫描方法还包括对扫描工作是否结束进行判断的步骤(步骤s600)。具体地，在此步骤中，控制部100的工作结束判别部150将在上述步骤s500中进行追加测定前计算出的多个边界线的投影面积和在步骤s500中进行追加测定后计算出的多个边界线的投影面积的差异值与用户预先定义的设定值进行比较。并且，在上述进行比较的结果，当差异值小于设定值时，工作结束判别部150以扫描工作结束来判别，当差异值为设定值以上时，工作结束判别部150控制转盘10及三维扫描仪的工作，以追加执行上述步骤s500。

额外地，在三维扫描仪30为与机械臂相连接的移动式扫描仪的情况下，在上述步骤s400中，位置校正部130以由扫描方向判别部140计算出的扫描方向sd为基础校正机械臂的位置，在此状态下，三维扫描仪30可追加测定测定对象物20。