三维扫描装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种三维扫描装置，包括有电路控制系统、环形导轨、第一滑块、竖直导轨、第二滑块、水平导轨、第三滑块及扫描仪，环形导轨上设置有第一滑块，第一滑块在驱动装置的驱动下能够沿环形导轨作圆周移动，水平滑块上设置有竖直导轨，竖直导轨上设置有第二滑块，第二滑块在驱动装置的驱动下能够沿竖直导轨上下移动，第二滑块上设置有水平导轨，水平导轨上设置有第三滑块，第三滑块在驱动装置的驱动下能够沿水平导轨横向移动，第三滑块上连接有扫描仪。本发明只需采用一台扫描仪即可实现人体扫描，扫描速度快、精度高；扫描目标丢失时能够返回丢失目标的位置重新开始扫描，提升扫描成功率。
【专利说明】三维扫描装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种三维扫描装置。
【背景技术】
[0002]在三维打印【技术领域】，必须使用扫描仪进行数据采集，相较于传统的二维扫描装置，三维扫描必须实现X、Y、Z轴三个方位的数据采集。目前的人体三维模型快速制造系统中，采用扫描仪对人体数据进行扫描，然后通过三维打印机成型。由于单个扫描仪的扫描范围有限，对人体进行扫描时需要操作人员手持移动扫描仪对人体各个部位进行扫描，另外一种方式是通过多点固定不动的扫描仪实现对人体扫描位置的全覆盖，手持式扫描仪由于需要操作人员亲自移动，而扫描过程对于移动距离和速度等有一定要求，对操作人员的经验依赖度较高，通常扫描失败率高且扫描时间较长。对于固定式的扫描仪，虽然满足了扫描要求，但是其安装移动不方便且需要多台扫描仪配合工作，成本较高。
【发明内容】
[0003]本发明的主要目的是提供一种三维扫描装置，将其应用在人体三维模型快速制造系统中作为数据采集装置能够实现对人体快速准确扫描，解决现有的手持式扫描仪扫描失败率高、耗时长以及多点固定式扫描仪安装移动不方便、成本高的缺陷。
[0004]为了实现发明目的，本发明所采用的技术方案是，一种三维扫描装置，包括有电路控制系统、环形导轨、第一滑块、竖直导轨、第二滑块、水平导轨、第三滑块及扫描仪，环形导轨上设置有第一滑块，第一滑块在驱动装置的驱动下能够沿环形导轨作圆周移动，水平滑块上设置有竖直导轨，竖直导轨上设置有第二滑块，第二滑块在驱动装置的驱动下能够沿竖直导轨上下移动，第二滑块上设置有水平导轨，水平导轨上设置有第三滑块，第三滑块在驱动装置的驱动下能够沿水平导轨横向移动，第三滑块上连接有扫描仪。
[0005]本发明的特征还在于，沿着环形导轨设置有环形齿条，第一滑块的驱动装置为伺服电机，伺服电机通过齿轮机构与环形齿条啮合驱动第一滑块沿着环形导轨作圆周运动。
[0006]沿着竖直导轨设置有直线齿条，第二滑块的驱动装置为步进电机，步进电机通过齿轮机构与直线齿条啮合驱动第二滑块沿着竖直导轨上下运动。
[0007]第三滑块的驱动装置为直线电机，水平导轨带有励磁装置作为定子部分，第三滑块上设置有线圈绕组作为动子部分。
[0008]第三滑块的驱动装置为伺服电机，第三滑块通过丝杠结构与伺服电机转轴连接。
[0009]电路控制系统设置有扫描状态监测模块，能够监测扫描仪的实时工作状态，并将工作状态信息传送到控制器，控制器发出指令给扫描仪及驱动装置对扫描仪的工作状态及位置进行调整。
[0010]本发明的有益效果是:
[0011]I)本发明扫描距离和扫描速度由控制系统自动进行控制，扫描速度快、精度高；
[0012]2)本发明具有目标找回功能，能够返回丢失目标的位置重新开始扫描，提升扫描成功率；
[0013]3)本发明实现三维扫描只需要一台扫描仪即可完成整个扫描工作，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的结构示意图；
[0015]图2是本发明第三滑块的一种驱动方式示意图；
[0016]图3是本发明第三滑块的另一种驱动方式示意图；
[0017]图4是本发明的电路控制系统结构框图。
[0018]图中，1.环形导轨，2.第一滑块，3.竖直导轨，4.第二滑块，5.水平导轨，6.第三滑块，7.扫描仪，8.环形齿条，9.直线齿条。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0020]本发明提供一种三维扫描装置，包括有电路控制系统、环形导轨1、第一滑块2、竖直导轨3、第二滑块4、水平导轨5、第三滑块6及扫描仪7，环形导轨I上设置有第一滑块2，第一滑块2在驱动装置的驱动下能够沿环形导轨I作圆周移动，水平滑块2上设置有竖直导轨3，竖直导轨3上设置有第二滑块4，第二滑块4在驱动装置的驱动下能够沿竖直导轨3上下移动，第二滑块4上设置有水平导轨5，水平导轨5上设置有第三滑块6，第三滑块6在驱动装置的驱动下能够沿水平导轨5横向移动，第三滑块6上连接有扫描仪7。
[0021 ] 具体实施时，如图1所示，沿着环形导轨I外侧边缘设置环形齿条8，第一滑块2的驱动装置优选为伺服电机，伺服电机通过齿轮机构与环形齿条8啮合驱动第一滑块2沿着环形导轨I作匀速圆周运动。采用伺服电机能够保证第一滑块2的运转的连续性并且在快速运转的情况下精确定位。沿着竖直导轨3设置有直线齿条9，第二滑块4的驱动装置优选为步进电机，步进电机通过齿轮机构与直线齿条9啮合驱动第二滑块4沿着竖直导轨3上下运动。在人体扫描时，扫描仪7只需要从人体扫描对象的上、中、下分三层进行扫描就能够覆盖整个人体，采用步进电机能够保证第二滑块4在竖直导轨3上部、中部和下部三个位置实现准确定位。作为优选方式，第三滑块6的驱动装置可以为直线电机或伺服电机，直线电机具有响应快速、结构简单的优点，如图2所示，采用直线电机时，在水平导轨5上设置励磁装置作为定子部分，在第三滑块6上设置线圈绕组作为动子部分，通过动子部分带动扫描仪7沿着水平导轨5作横向运动进而调整扫描仪7与人体之间的距离。如图3所示，采用伺服电机时，第三滑块6通过丝杠结构与伺服电机转轴相连接，为了保证相应的快速和灵敏，优选采用滚珠丝杠，通过丝杠的传动作用将伺服电机的旋转扭矩转换为第三滑块6的直线运动带动扫描仪7横向运动，采用伺服电机与丝杠结构配合能够使扫描仪7定位更加精确。电路控制系统安装在第一滑块2内部，如图4所示，包括有控制器、扫描状态监测模块及电机驱动电路，扫描过程中扫描仪7与被扫描人体之间的距离状态分为过近、适中和过远，同时，扫描时会出现丢失目标的情况，扫描状态监测模块会实时监测扫描仪7的状态和出现的错误情况并将该状态和错误信息反馈到控制器中，控制器根据内部控制程序做出判断并向相应的驱动电路发出指令，驱动电路驱动相应的电机运转对扫描仪7的位置进行变换和调整，同时向扫描仪7发出指令对扫描状态进行调整，保证扫描工作的正常进行。
[0022]采用本发明的扫描装置进行人体扫描时，被扫描人站在环形导轨I的中央，装置启动后，电路控制系统控制第二滑块4上的步进电机运转使第二滑块4到达竖直导轨3的顶部，随后控制器开启第三滑块6上的电机驱动电路，通过直线电机或步进电机调整扫描仪7与人体之间的距离，距离调整过程中扫描状态监测模块通过监测扫描仪7成像情况，当成像比较清晰时，第三滑块4停止运动。随后第一滑块2开始启动带动扫描仪7作匀速圆周运动，绕人体上部一周后停止。接着扫描仪7到达竖直导轨3的二分之一处，第一滑块2开始带动扫描仪7绕人体中部扫描一周后停止，最后扫描仪7到达竖直导轨3的最低处，第一滑块2带动扫描仪7绕人体底部扫描一周后扫描完毕。
[0023]在整个扫描过程中，电路控制系统中的扫描状态监测模块不断的读取扫描仪7传回的距离信息通过调整第三滑块6使得扫描仪7与人体间保持合适的距离，保证扫描过程中扫描仪对扫描距离的要求，提高扫描的成功率和扫描文件的质量。同时，如果扫描仪7在扫描过程中丢失扫描目标时，扫描状态监测模块会将错误信息反馈到控制器，控制器发出指令控制相应的驱动装置使扫描仪7沿着前期扫描路径的反方向运行，直到找到丢失的扫描目标后重新开始扫描直至扫描完成。
[0024]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，上述实施方式和说明书只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由权利要求书及其等同物界定。
【权利要求】
1.一种三维扫描装置，其特征在于，包括有电路控制系统、环形导轨(I)、第一滑块(2)、竖直导轨(3)、第二滑块(4)、水平导轨(5)、第三滑块(6)及扫描仪(7)，所述环形导轨(I)上设置有第一滑块(2)，第一滑块(2)在驱动装置的驱动下能够沿环形导轨(I)作圆周移动，所述水平滑块(2)上设置有竖直导轨(3)，竖直导轨(3)上设置有第二滑块(4)，第二滑块(4)在驱动装置的驱动下能够沿竖直导轨(3)上下移动，所述第二滑块(4)上设置有水平导轨(5)，水平导轨(5)上设置有第三滑块￠)，第三滑块(6)在驱动装置的驱动下能够沿水平导轨(5)横向移动，所述第三滑块(6)上连接有扫描仪(7)。
2.如权利要求1所述的一种三维扫描装置，其特征在于，沿着环形导轨(I)设置有环形齿条(8)，第一滑块(2)的驱动装置为伺服电机，伺服电机通过齿轮机构与环形齿条(8)啮合驱动第一滑块(2)沿着环形导轨(I)作圆周运动。
3.如权利要求2所述的一种三维扫描装置，其特征在于，沿着竖直导轨(3)设置有直线齿条(9)，第二滑块(4)的驱动装置为步进电机，步进电机通过齿轮机构与直线齿条(9)啮合驱动第二滑块(4)沿着竖直导轨(3)上下运动。
4.如权利要求3所述的一种三维扫描装置，其特征在于，第三滑块(6)的驱动装置为直线电机，水平导轨(5)带有励磁装置作为定子部分，第三滑块(6)上设置有线圈绕组作为动子部分。
5.如权利要求3所述的一种三维扫描装置，其特征在于，第三滑块(6)的驱动装置为伺服电机，第三滑块(6)通过丝杠结构与伺服电机转轴连接。
6.如权利要求4或5所述的一种三维扫描装置，其特征在于，所述电路控制系统设置有扫描状态监测模块，能够监测扫描仪(7)的实时工作状态，并将工作状态信息传送到控制器，控制器发出指令给扫描仪(7)及驱动装置对扫描仪(7)的工作状态及位置进行调整。
【文档编号】H04N1/04GK104243758SQ201310226986
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】王辉, 任茜茜, 魏璞 申请人:西安非凡士机器人科技有限公司