三維掃描裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種三維掃描裝置，包括有電路控制系統(tǒng)、環(huán)形導(dǎo)軌、第一滑塊、豎直導(dǎo)軌、第二滑塊、水平導(dǎo)軌、第三滑塊及掃描儀，環(huán)形導(dǎo)軌上設(shè)置有第一滑塊，第一滑塊在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿環(huán)形導(dǎo)軌作圓周移動(dòng)，水平滑塊上設(shè)置有豎直導(dǎo)軌，豎直導(dǎo)軌上設(shè)置有第二滑塊，第二滑塊在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿豎直導(dǎo)軌上下移動(dòng)，第二滑塊上設(shè)置有水平導(dǎo)軌，水平導(dǎo)軌上設(shè)置有第三滑塊，第三滑塊在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿水平導(dǎo)軌橫向移動(dòng)，第三滑塊上連接有掃描儀。本發(fā)明只需采用一臺掃描儀即可實(shí)現(xiàn)人體掃描，掃描速度快、精度高；掃描目標(biāo)丟失時(shí)能夠返回丟失目標(biāo)的位置重新開始掃描，提升掃描成功率。
【專利說明】三維掃描裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種三維掃描裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在三維打印【技術(shù)領(lǐng)域】，必須使用掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，相較于傳統(tǒng)的二維掃描裝置，三維掃描必須實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸三個(gè)方位的數(shù)據(jù)采集。目前的人體三維模型快速制造系統(tǒng)中，采用掃描儀對人體數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，然后通過三維打印機(jī)成型。由于單個(gè)掃描儀的掃描范圍有限，對人體進(jìn)行掃描時(shí)需要操作人員手持移動(dòng)掃描儀對人體各個(gè)部位進(jìn)行掃描，另外一種方式是通過多點(diǎn)固定不動(dòng)的掃描儀實(shí)現(xiàn)對人體掃描位置的全覆蓋，手持式掃描儀由于需要操作人員親自移動(dòng)，而掃描過程對于移動(dòng)距離和速度等有一定要求，對操作人員的經(jīng)驗(yàn)依賴度較高，通常掃描失敗率高且掃描時(shí)間較長。對于固定式的掃描儀，雖然滿足了掃描要求，但是其安裝移動(dòng)不方便且需要多臺掃描儀配合工作，成本較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的是提供一種三維掃描裝置，將其應(yīng)用在人體三維模型快速制造系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)采集裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對人體快速準(zhǔn)確掃描，解決現(xiàn)有的手持式掃描儀掃描失敗率高、耗時(shí)長以及多點(diǎn)固定式掃描儀安裝移動(dòng)不方便、成本高的缺陷。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種三維掃描裝置，包括有電路控制系統(tǒng)、環(huán)形導(dǎo)軌、第一滑塊、豎直導(dǎo)軌、第二滑塊、水平導(dǎo)軌、第三滑塊及掃描儀，環(huán)形導(dǎo)軌上設(shè)置有第一滑塊，第一滑塊在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿環(huán)形導(dǎo)軌作圓周移動(dòng)，水平滑塊上設(shè)置有豎直導(dǎo)軌，豎直導(dǎo)軌上設(shè)置有第二滑塊，第二滑塊在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿豎直導(dǎo)軌上下移動(dòng)，第二滑塊上設(shè)置有水平導(dǎo)軌，水平導(dǎo)軌上設(shè)置有第三滑塊，第三滑塊在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿水平導(dǎo)軌橫向移動(dòng)，第三滑塊上連接有掃描儀。
[0005]本發(fā)明的特征還在于，沿著環(huán)形導(dǎo)軌設(shè)置有環(huán)形齒條，第一滑塊的驅(qū)動(dòng)裝置為伺服電機(jī)，伺服電機(jī)通過齒輪機(jī)構(gòu)與環(huán)形齒條嚙合驅(qū)動(dòng)第一滑塊沿著環(huán)形導(dǎo)軌作圓周運(yùn)動(dòng)。
[0006]沿著豎直導(dǎo)軌設(shè)置有直線齒條，第二滑塊的驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過齒輪機(jī)構(gòu)與直線齒條嚙合驅(qū)動(dòng)第二滑塊沿著豎直導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)。
[0007]第三滑塊的驅(qū)動(dòng)裝置為直線電機(jī)，水平導(dǎo)軌帶有勵(lì)磁裝置作為定子部分，第三滑塊上設(shè)置有線圈繞組作為動(dòng)子部分。
[0008]第三滑塊的驅(qū)動(dòng)裝置為伺服電機(jī)，第三滑塊通過絲杠結(jié)構(gòu)與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接。
[0009]電路控制系統(tǒng)設(shè)置有掃描狀態(tài)監(jiān)測模塊，能夠監(jiān)測掃描儀的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，并將工作狀態(tài)信息傳送到控制器，控制器發(fā)出指令給掃描儀及驅(qū)動(dòng)裝置對掃描儀的工作狀態(tài)及位置進(jìn)行調(diào)整。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]I)本發(fā)明掃描距離和掃描速度由控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行控制，掃描速度快、精度高；
[0012]2)本發(fā)明具有目標(biāo)找回功能，能夠返回丟失目標(biāo)的位置重新開始掃描，提升掃描成功率；
[0013]3)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)三維掃描只需要一臺掃描儀即可完成整個(gè)掃描工作，成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明第三滑塊的一種驅(qū)動(dòng)方式示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明第三滑塊的另一種驅(qū)動(dòng)方式示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明的電路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖中，1.環(huán)形導(dǎo)軌，2.第一滑塊，3.豎直導(dǎo)軌，4.第二滑塊，5.水平導(dǎo)軌，6.第三滑塊，7.掃描儀，8.環(huán)形齒條，9.直線齒條。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]本發(fā)明提供一種三維掃描裝置，包括有電路控制系統(tǒng)、環(huán)形導(dǎo)軌1、第一滑塊2、豎直導(dǎo)軌3、第二滑塊4、水平導(dǎo)軌5、第三滑塊6及掃描儀7，環(huán)形導(dǎo)軌I上設(shè)置有第一滑塊2，第一滑塊2在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿環(huán)形導(dǎo)軌I作圓周移動(dòng)，水平滑塊2上設(shè)置有豎直導(dǎo)軌3，豎直導(dǎo)軌3上設(shè)置有第二滑塊4，第二滑塊4在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿豎直導(dǎo)軌3上下移動(dòng)，第二滑塊4上設(shè)置有水平導(dǎo)軌5，水平導(dǎo)軌5上設(shè)置有第三滑塊6，第三滑塊6在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿水平導(dǎo)軌5橫向移動(dòng)，第三滑塊6上連接有掃描儀7。
[0021 ] 具體實(shí)施時(shí)，如圖1所示，沿著環(huán)形導(dǎo)軌I外側(cè)邊緣設(shè)置環(huán)形齒條8，第一滑塊2的驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)選為伺服電機(jī)，伺服電機(jī)通過齒輪機(jī)構(gòu)與環(huán)形齒條8嚙合驅(qū)動(dòng)第一滑塊2沿著環(huán)形導(dǎo)軌I作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。采用伺服電機(jī)能夠保證第一滑塊2的運(yùn)轉(zhuǎn)的連續(xù)性并且在快速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下精確定位。沿著豎直導(dǎo)軌3設(shè)置有直線齒條9，第二滑塊4的驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)選為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過齒輪機(jī)構(gòu)與直線齒條9嚙合驅(qū)動(dòng)第二滑塊4沿著豎直導(dǎo)軌3上下運(yùn)動(dòng)。在人體掃描時(shí)，掃描儀7只需要從人體掃描對象的上、中、下分三層進(jìn)行掃描就能夠覆蓋整個(gè)人體，采用步進(jìn)電機(jī)能夠保證第二滑塊4在豎直導(dǎo)軌3上部、中部和下部三個(gè)位置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。作為優(yōu)選方式，第三滑塊6的驅(qū)動(dòng)裝置可以為直線電機(jī)或伺服電機(jī)，直線電機(jī)具有響應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，如圖2所示，采用直線電機(jī)時(shí)，在水平導(dǎo)軌5上設(shè)置勵(lì)磁裝置作為定子部分，在第三滑塊6上設(shè)置線圈繞組作為動(dòng)子部分，通過動(dòng)子部分帶動(dòng)掃描儀7沿著水平導(dǎo)軌5作橫向運(yùn)動(dòng)進(jìn)而調(diào)整掃描儀7與人體之間的距離。如圖3所示，采用伺服電機(jī)時(shí)，第三滑塊6通過絲杠結(jié)構(gòu)與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接，為了保證相應(yīng)的快速和靈敏，優(yōu)選采用滾珠絲杠，通過絲杠的傳動(dòng)作用將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)扭矩轉(zhuǎn)換為第三滑塊6的直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)掃描儀7橫向運(yùn)動(dòng)，采用伺服電機(jī)與絲杠結(jié)構(gòu)配合能夠使掃描儀7定位更加精確。電路控制系統(tǒng)安裝在第一滑塊2內(nèi)部，如圖4所示，包括有控制器、掃描狀態(tài)監(jiān)測模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，掃描過程中掃描儀7與被掃描人體之間的距離狀態(tài)分為過近、適中和過遠(yuǎn)，同時(shí)，掃描時(shí)會(huì)出現(xiàn)丟失目標(biāo)的情況，掃描狀態(tài)監(jiān)測模塊會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測掃描儀7的狀態(tài)和出現(xiàn)的錯(cuò)誤情況并將該狀態(tài)和錯(cuò)誤信息反饋到控制器中，控制器根據(jù)內(nèi)部控制程序做出判斷并向相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)對掃描儀7的位置進(jìn)行變換和調(diào)整，同時(shí)向掃描儀7發(fā)出指令對掃描狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，保證掃描工作的正常進(jìn)行。
[0022]采用本發(fā)明的掃描裝置進(jìn)行人體掃描時(shí)，被掃描人站在環(huán)形導(dǎo)軌I的中央，裝置啟動(dòng)后，電路控制系統(tǒng)控制第二滑塊4上的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使第二滑塊4到達(dá)豎直導(dǎo)軌3的頂部，隨后控制器開啟第三滑塊6上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，通過直線電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)調(diào)整掃描儀7與人體之間的距離，距離調(diào)整過程中掃描狀態(tài)監(jiān)測模塊通過監(jiān)測掃描儀7成像情況，當(dāng)成像比較清晰時(shí)，第三滑塊4停止運(yùn)動(dòng)。隨后第一滑塊2開始啟動(dòng)帶動(dòng)掃描儀7作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，繞人體上部一周后停止。接著掃描儀7到達(dá)豎直導(dǎo)軌3的二分之一處，第一滑塊2開始帶動(dòng)掃描儀7繞人體中部掃描一周后停止，最后掃描儀7到達(dá)豎直導(dǎo)軌3的最低處，第一滑塊2帶動(dòng)掃描儀7繞人體底部掃描一周后掃描完畢。
[0023]在整個(gè)掃描過程中，電路控制系統(tǒng)中的掃描狀態(tài)監(jiān)測模塊不斷的讀取掃描儀7傳回的距離信息通過調(diào)整第三滑塊6使得掃描儀7與人體間保持合適的距離，保證掃描過程中掃描儀對掃描距離的要求，提高掃描的成功率和掃描文件的質(zhì)量。同時(shí)，如果掃描儀7在掃描過程中丟失掃描目標(biāo)時(shí)，掃描狀態(tài)監(jiān)測模塊會(huì)將錯(cuò)誤信息反饋到控制器，控制器發(fā)出指令控制相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置使掃描儀7沿著前期掃描路徑的反方向運(yùn)行，直到找到丟失的掃描目標(biāo)后重新開始掃描直至掃描完成。
[0024]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，上述實(shí)施方式和說明書只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書及其等同物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種三維掃描裝置，其特征在于，包括有電路控制系統(tǒng)、環(huán)形導(dǎo)軌(I)、第一滑塊(2)、豎直導(dǎo)軌(3)、第二滑塊(4)、水平導(dǎo)軌(5)、第三滑塊(6)及掃描儀(7)，所述環(huán)形導(dǎo)軌(I)上設(shè)置有第一滑塊(2)，第一滑塊(2)在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿環(huán)形導(dǎo)軌(I)作圓周移動(dòng)，所述水平滑塊(2)上設(shè)置有豎直導(dǎo)軌(3)，豎直導(dǎo)軌(3)上設(shè)置有第二滑塊(4)，第二滑塊(4)在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿豎直導(dǎo)軌(3)上下移動(dòng)，所述第二滑塊(4)上設(shè)置有水平導(dǎo)軌(5)，水平導(dǎo)軌(5)上設(shè)置有第三滑塊￠)，第三滑塊(6)在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下能夠沿水平導(dǎo)軌(5)橫向移動(dòng)，所述第三滑塊(6)上連接有掃描儀(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種三維掃描裝置，其特征在于，沿著環(huán)形導(dǎo)軌(I)設(shè)置有環(huán)形齒條(8)，第一滑塊(2)的驅(qū)動(dòng)裝置為伺服電機(jī)，伺服電機(jī)通過齒輪機(jī)構(gòu)與環(huán)形齒條(8)嚙合驅(qū)動(dòng)第一滑塊(2)沿著環(huán)形導(dǎo)軌(I)作圓周運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種三維掃描裝置，其特征在于，沿著豎直導(dǎo)軌(3)設(shè)置有直線齒條(9)，第二滑塊(4)的驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過齒輪機(jī)構(gòu)與直線齒條(9)嚙合驅(qū)動(dòng)第二滑塊(4)沿著豎直導(dǎo)軌(3)上下運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種三維掃描裝置，其特征在于，第三滑塊(6)的驅(qū)動(dòng)裝置為直線電機(jī)，水平導(dǎo)軌(5)帶有勵(lì)磁裝置作為定子部分，第三滑塊(6)上設(shè)置有線圈繞組作為動(dòng)子部分。
5.如權(quán)利要求3所述的一種三維掃描裝置，其特征在于，第三滑塊(6)的驅(qū)動(dòng)裝置為伺服電機(jī)，第三滑塊(6)通過絲杠結(jié)構(gòu)與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接。
6.如權(quán)利要求4或5所述的一種三維掃描裝置，其特征在于，所述電路控制系統(tǒng)設(shè)置有掃描狀態(tài)監(jiān)測模塊，能夠監(jiān)測掃描儀(7)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，并將工作狀態(tài)信息傳送到控制器，控制器發(fā)出指令給掃描儀(7)及驅(qū)動(dòng)裝置對掃描儀(7)的工作狀態(tài)及位置進(jìn)行調(diào)整。
【文檔編號】H04N1/04GK104243758SQ201310226986
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月8日
【發(fā)明者】王輝, 任茜茜, 魏璞 申請人:西安非凡士機(jī)器人科技有限公司