一种3D成像扫描设备及扫描方法与流程

本发明涉及物体表面扫描领域，尤其涉及一种3d成像扫描设备及扫描方法。

背景技术：

3d扫描仪是用来获得实际物体的形状，甚至是表面信息（例如颜色）的设备。通过3d设备获取的点云数据，能够构建实际物体的数字3d模型。3d成像已经广泛用于娱乐产业，例如电影和电子游戏（虚拟现实）。并且，在动作捕捉，工业设计，产品质量检测，反向工程等方面具有特殊的应用。

获取3d信息的方法可以分为三类，分别是：立体匹配技术，激光扫描技术，以及距离传感技术（例如tof技术和微软的kinect等）。由此，产生出了各种各样的3d扫描设备，目前使用最为灵活和广泛的扫描仪为手持式3d扫描仪。如卢森堡artec3d公司开发的手持式3d扫描仪。虽然手持式的3d扫描仪具有便携和灵活等特点，但是如果对大量物体进行3d扫描，容易使人产生疲劳。另外，为了获得完整的3d图像，我们需要使用多台扫描仪进行扫描，这样大大增加了使用成本。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种3d成像扫描设备及扫描方法，旨在解决现有的手持式3d扫描仪在扫描大量物体时需要耗费大量人力且操作不方便的问题。

本发明的技术方案如下：

一种3d成像扫描设备，包括：控制终端、精密电控旋转台、载物台、回转台以及3d扫描仪；

所述控制终端分别与所述精密电控旋转台、所述3d扫描仪通讯连接，用于控制所述所述精密电控旋转台的旋转和控制所述3d扫描仪的扫描作业，并生成3d图像；

所述精密电控旋转台的中心设置有圆柱支架，所述载物台设置在所述圆柱支架的顶端；

所述回转台设置在所述精密电控旋转台上，并在所述精密电控旋转台的带动下绕所述圆柱支架旋转；

所述3d扫描仪通过一长臂连接到所述回转台上，所述3d扫描仪的俯仰角通过所述回转台调节所述长臂的倾斜程度来控制。

所述的3d成像扫描设备，其中，所述3d扫描仪可活动地连接于所述长臂上，以调节所述3d扫描仪到所述载物台的距离。

所述的3d成像扫描设备，其中，所述长臂上设置有导向槽，所述3d扫描仪通过导柱与所述导向槽连接，并通过螺母锁紧。

所述的3d成像扫描设备，其中，所述控制终端包括：

运动控制模块，用于控制所述精密电控旋转台的旋转；

数据传输模块，接收所述3d扫描仪发送的信息和接收外部输入至所述控制终端的控制指令，并将所述控制指令发送给所述精密电控旋转台和所述3d扫描仪；

点云数据处理模块，用于处理所述3d扫描仪发送来的点云数据，生成3d图像。

所述的3d成像扫描设备，其中，所述精密电控旋转台的旋转分辨率为0.002°。

所述的3d成像扫描设备，其中，所述控制终端与所述精密电控旋转台通过rs232串口通信线或rs232串口通信线转usb数据线连接。

所述的3d成像扫描设备，其中，所述控制终端与所述3d扫描仪通过usb数据线连接。

一种3d成像的扫描方法，包括：

步骤a、提供如上所述的3d成像扫描设备，将被测物放置于所述载物台上；

步骤b、调整所述3d扫描仪的俯仰角；

步骤c、在所述控制终端上，设置所述3d扫描仪的扫描帧频以及所述精密电控旋转台的旋转速度，然后依次开启所述3d扫描仪和所述精密电控旋转台，对被测物进行扫描1~2周；

步骤d、所述控制终端对所述3d扫描仪发送来的点云数据进行处理，生成3d图像。

所述的3d成像的扫描方法，其中，所述步骤c还包括：对被测物扫描1~2周后，改变所述3d扫描仪的俯仰角，再扫描1~2周，在两个以上不同的俯仰角对被测物进行扫描。

有益效果：本发明提供了一种如上所述的3d成像扫描设备，通过精密电控旋转台，可以实现3d扫描仪对被测物体的360°自动扫描，解决了人工扫描比较繁琐的问题，能够满足对大量被测物体进行扫描的要求；并且本发明通过回转台改变3d扫描仪的俯仰角，可以获取更多的3d信息，从而获得高质量的3d模型。另外，本3d成像扫描设备具有结构简单，操作方便，易于制造等优点。

附图说明

图1为本发明的一种3d成像扫描设备的较佳实施例的爆炸图。

图2为图1中的3d成像扫描设备的组装图。

图3为本发明的长臂与回转台的连接及俯仰角调整原理图。

图4为本发明的3d扫描仪与长臂可活动地连接的一种较佳实施方式图。

图5为本发明的控制终端的功能模块图。

具体实施方式

本发明提供了一种3d成像扫描设备及扫描方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种3d成像扫描设备的较佳实施例，如图1所示包括：控制终端（图中未画出）、精密电控旋转台1、载物台2、回转台3以及3d扫描仪4；所述控制终端分别与所述精密电控旋转台1、所述3d扫描仪4通讯连接，用于控制所述所述精密电控旋转台1的旋转和控制所述3d扫描仪4的扫描作业，并生成3d图像；所述精密电控旋转台1的中心设置有圆柱支架11，所述载物台2设置在所述圆柱支架11的顶端；所述回转台3设置在所述精密电控旋转台1上，并在所述精密电控旋转台1的带动下绕所述圆柱支架11旋转；所述3d扫描仪4通过一长臂5连接到所述回转台3上，所述3d扫描仪4的俯仰角通过所述回转台3调节所述长臂5的倾斜程度来控制。组装后的图见图2。

需要说明的是，精密电控旋转台1和回转台3均为现有技术存在的零部件，现将其工作原理做简单说明，具体的结构本发明不做详细介绍。精密电控旋转台1包括一转盘12，回转台3固定在转盘12上，转盘12在控制终端的控制下旋转，3d扫描仪4通过长臂5连接到回转台3上并跟随旋转台3旋转，从而对载物台2上的被测物进行360°扫描。关于回转台3调整扫描仪4的俯仰角的说明：回转台3包括活动部31和固定部32，如图3所示，活动部31和固定部32之间存在一个相互配合的曲面，长臂5连接在活动部31上，并通过活动部31沿所述曲面的运动来调长臂5的倾斜程度，从而调整3d扫描仪4的俯仰角。优选的，所述精密电控旋转台的旋转分辨率为0.002°，可实现精准扫描获得更加可靠的3d模型。具体的，精密电控旋转台1优选的参数为：传动比为180:1，分辨率为0.002°，最大速度为25°/s，最大静转矩为40n·cm，最大中心负载为50kg等，可选择型号mrs102；回转台3可选择型号02tg003，以上可根据实际情况选择工作原理相似的其他型号零部件。

本发明通过设置精密电控旋转台1，可以实现3d扫描仪4对被测物体的360°自动扫描，解决了人工扫描比较繁琐的问题，能够满足对大量被测物体进行扫描的要求；并且本发明通过回转台3改变3d扫描仪4的俯仰角，可以获取更多的3d信息，从而获得高质量的3d模型。另外，本3d成像扫描设备具有结构简单，操作方便，易于制造等优点。

进一步地，所述3d扫描仪4可活动地连接于所述长臂5上，以调节所述3d扫描仪4到所述载物台2的距离。由于被测物体体积的不同，3d扫描仪4的焦距会需要对应的调整，因此3d扫描仪4可活动地连接能够满足灵活调整焦距的需求。

本发明提供的一种3d扫描仪4与长臂5可活动的连接方式如图4所示，所述长臂5上设置有导向槽51，所述3d扫描仪4通过导柱41与所述导向槽连接，调整到合适的位置后，可通过螺母6锁紧。本链接方式结构简单，而且操作方便。

本发明的控制终端如图5所示，可以包括：运动控制模块，用于控制所述精密电控旋转台1的旋转；数据传输模块，接收所述3d扫描仪4发送的信息和接收外部输入至所述控制终端的控制指令，并将所述控制指令发送给所述精密电控旋转台1和所述3d扫描仪4；点云数据处理模块，用于处理所述3d扫描仪4发送来的点云数据，生成3d图像。具体的，所述控制终端与所述精密电控旋转台1可以通过rs232串口通信线或rs232串口通信线转usb数据线连接，3d扫描仪4可以通过usb数据线与控制终端连接。

基于本发明的3d成像扫描设备，本发明还提供了一种3d成像的扫描方法，包括：

步骤a、提供如上所述的3d成像扫描设备，将被测物放置于所述载物台上；

步骤b、调整所述3d扫描仪的俯仰角；

步骤c、在所述控制终端上，设置所述3d扫描仪的扫描帧频以及所述精密电控旋转台的旋转速度，然后依次开启所述3d扫描仪和所述精密电控旋转台，对被测物进行扫描1~2周；

步骤d、所述控制终端对所述3d扫描仪发送来的点云数据进行处理，生成3d图像。

具体的，将被测物体放置在载物台2的中心处。然后，将精密电控旋转台1和3d扫描仪4分别通过rs232串口通信电缆和usb数据线与控制终端相连，并调节3d扫描仪4的俯仰角。接着，设置好合适的扫描帧频以及旋转速度和旋转角度等参数，并启动3d扫描仪4和精密控制旋转台1。3d扫描仪4将围绕被测物体进行旋转扫描，这是本扫描方案与现有技术的最大区别。现有技术中，扫描仪不动，被测物旋转，相比3d扫描仪，被测物常常会比较大而且笨重，而回转台3的承重能力有限，并且长臂上固定较重的被测物时，调整回转台3的俯仰角会非常不方便，因此本技术方案可以减少设备的承载，并提升了3d扫描仪4的自由度，操作方便。优选的，当完成1~2周的扫描后，改变3d扫描仪4的俯仰角，并重新对被测物体进行扫描，从而能够获取更多被测物体的信息，获得一个完整的三维图像。最后，通过程序对所获得的3d数据进行去噪、纹理和配准等后续处理，获得彩色的三维模型，这一数据处理过程为现有技术，本发明不做详细说明。

综上所述，本发明提供了一种3d成像扫描设备及扫描方法，通过精密电控旋转台，可以实现3d扫描仪对被测物体的360°自动扫描，解决了人工扫描比较繁琐的问题，能够满足对大量被测物体进行扫描的要求；并且本发明通过回转台改变3d扫描仪的俯仰角，可以获取更多的3d信息，从而获得高质量的3d模型。另外，本3d成像扫描设备具有结构简单，操作方便，易于制造等优点。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。