[發明專利]一種三維掃描儀及三維掃描方法

有效

• 申請號: 201410662037.0
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104315979A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 饒貝;張晉西;程亭森;袁騰飛;譚宇文
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李曉兵;李玉盛

技術領域

本發明涉及一種三維掃描儀及三維掃描方法。

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背景技術

三維掃描儀用來獲得被測零件表面的三維坐標，并用計算機來分析被測零件的三維坐標，逆向反求制造零件。三維掃描儀主要分為接觸式三維掃描儀和非接觸式三維掃描儀，其中，非接觸式三維掃描儀又分為光柵三維掃描儀（也稱拍照式三維掃描儀）和激光掃描儀，而光柵三維掃描儀又有白光掃描或藍光掃描等，激光掃描儀又有點激光、線激光和面激光的區別。從三維掃描儀的發展歷程來看，第一種三維掃描儀采用點測量，代表系統有三坐標測量儀、點激光測量儀、關節臂掃描儀等，它通過每一次的測量點反映物體表面特征，優點是精度高，但速度慢，如果要做逆向工程，只能在測量高精密形位公差要求的物體上有優勢；第二種三維掃描儀采用線測量，代表系統有三維臺式激光掃描儀、三維手持式激光掃描儀、關節臂+激光掃描儀，它通過一段有效的激光線（一般為幾公分，激光線過長會發散）照射物體表面，再通過傳感器得到物體表面數據信息，這類三維掃描儀的代表系統是發展比較成熟的，精度較高，其新產品的最高精度已經達到0.01微米，所以，精度上其比肩點掃描，速度上已有極大地提高，在高精度工業設計領域，將有廣闊用途，但這類三維掃描儀只適合掃描中小件物體，掃描景深小（一般只有5公分）；第三種三維掃描儀為面掃描，其代表系統有拍照式三維掃描儀、三維攝影測量系統等，它通過一組光柵的位移，再同時經過傳感器而采集到物體表面的數據信息。

目前最常用的三維掃描儀是拍照式三維掃描儀和手持激光式掃描儀，其中，拍照式三維掃描儀對大零件的自動拼接不足，手持式激光掃描儀掃描景深小，且價格昂貴。

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發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種三維掃描儀和三維掃描方法，解決現有三維掃描儀對大零件掃描的自動拼接不足、掃描景深小、價格昂貴的缺陷。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

一種三維掃描儀，包括相機、用于夾緊被測零件的夾具、用于驅動夾具旋轉的第一驅動電機、若干個處于同一水平面且相互平行間隔分布的探針、用于安裝各個探針的探針安裝平臺、用于驅動各探針水平運動并使各探針靠近或遠離被測零件的探針水平驅動裝置、以及用于驅動探針安裝平臺上下運動的探針上下驅動裝置，每根探針上都帶有顏色標記，所述相機用于拍攝各探針顏色標記的圖片并將圖片數據輸入計算機，計算機用程序分析識別各探針顏色標記在圖片中的水平坐標。

優選地，所述探針安裝平臺上具有若干個水平貫穿的通孔，各探針分別安裝在探針安裝平臺的各個通孔內。

優選地，所述探針水平驅動裝置包括設置在探針安裝平臺上的轉子以及用于驅動轉子轉動的第二驅動電機，所述轉子的外圓上具有若干個沿其長度方向延伸的條形槽，每個條形槽內都嵌設有磁條。

優選地，本發明還包括機架，所述機架的兩側設置有豎直導向柱，所述探針上下驅動裝置包括第三驅動電機、齒輪和齒條，所述齒輪設置在第三驅動電機的輸出軸上，并能夠在第三驅動電機的帶動下轉動；所述齒條套設在其中一根豎直導向柱上并可上下滑動，齒條的外側與齒輪嚙合，所述探針安裝平臺的一端固定連接在齒條的內側上。

優選地，所述夾具包括一個固定夾板和一個可上下滑動的活動夾板，所述固定夾板連接在第一驅動電機的輸出軸上，并能夠在第一驅動電機的帶動下轉動。

優選地，所述探針安裝平臺的兩側設置有擋板，兩擋板的間距大于探針的長度與被測零件的厚度之和。

一種三維掃描方法，包括如下步驟：

1）夾緊被測零件，移動探針，使各探針頂在被測零件上，然后用相機拍攝各探針顏色標記的圖片，并將圖片數據輸入計算機，計算機根據程序分析識別各探針顏色標記點在圖片中的X、Y坐標，并將該坐標寫入文本文件“零件三維坐標1”；

2）對被測零件上相鄰兩根探針之間的間隙部分進行測量，測量時首先移動探針，使各探針遠離被測零件，然后將夾具旋轉一個角度，重復步驟1），獲得被測零件上相鄰兩根探針之間第一個間隙點的X、Y坐標；再次移動探針，使各探針遠離被測零件，再將夾具旋轉一個角度，重復步驟1），獲得被測零件上相鄰兩根探針之間第二個間隙點的X、Y坐標；如此循環，完成對被測零件上相鄰兩根探針之間間隙部分的測量；

3）將夾具相對于步驟1）的狀態旋轉180°，重復步驟1）和步驟2），此時獲得被測零件一周的X、Y坐標；

4）使探針安裝平臺朝上移動Z距離，將Z坐標值寫入文本文件“零件三維坐標1”，重復步驟1）、步驟2）和步驟3），獲得被測零件下一周的X、Y坐標；