CN106441086A - 一种3d扫描系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D扫描系统，用以实现对被测物进行3D扫描，该装置包括具有用以放置被测物的检测平台和能够围绕所述检测平台转动的支架；在支架的顶部设置有测距仪；在竖杆上安装有用于对被测物进行扫描的扫描器，该扫描器可随着传送装置沿竖杆高度方向来回往复移动。本技术方案中，整个支架围绕检测平台转动，同时扫描器在竖杆上做上下往复移动，避免了以往的对于被测物来说实现了螺旋式的旋转，避免了以往的扫描为间歇式扫描的问题，提高了速度、节省了时间，特别是对于孕妇、肥胖者、老人、小孩等可以不用随着以往的转动平台一起转动，对于被检测者的体验性、舒适性和人身安全有很大帮助。

Description

一种3D扫描系统

技术领域

本发明涉及3D扫描技术领域，尤其是一种全自动3D扫描技术。

背景技术

三维扫描技术是一种新型的高科技技术，涉及到机械、光学和电子方面的综合知识。它可以将扫描对象的外形转化为计算机能够识别的数字信号，然后通过相关的计算和处理，建立对象的三维模型，并直观地在输出设备上显示出来。在3D打印、虚拟试衣和3D游戏行业有着广泛的应用。

三维扫描设备是运用该技术进行模型获取的一种设备，随着人们生活节奏的加快，各种设备的操作应尽可能简便，结构应尽可能简单，执行时间应尽可能短。此外，现代人们对产品的功能有着多样化的追求，所以三维扫描设备也应具备多样化功能。国内的三维扫描技术起步较晚，相应的扫描设备使用繁琐，需要专业人员操作，对扫描对象和使用环境有一定的要求，功能不够完善，对于人的舒适性考虑不够完善，不利于三维扫描技术的推广和应用。

对于3D扫描技术，市场上出现过很多的相关技术，例如：

申请号为201420736442.8，名为“一种智能3D扫描仪”的实用新型专利，在光线不足的情况下，该装置需要使用LED进行照明补光，摄像头才能获取图像，此外，该装置比较小巧，不能扫描体积较大的对象；

浙江工业大学申请的，申请号为201410282906.7的，名为“三维扫描系统及扫描方法”的发明专利，其基本技术为被扫描对象置于一个检测板上，检测板每转过一定角度就停下来，然后摄像头对被扫描对象进行拍照，例如取每次转动角度为30°，则一次完整的扫描需要转动12次才可以全方位获取对象的信息，属于间断的拍照式测量，扫描比较费时，并且该装置也需要用LED进行补光，扫描对象也只能是小物体；

为了扫描体积较大的对象，特别是类似于人体这样的细长对象，就需要从上到下依次进行扫描。从目前相关技术来看，实现方法有两种：

一种是在垂直方向上布置多个摄像头，例如上海衣得体信息科技有限公司申请的申请号为201410555000.8，名为“一种人体三维扫描仪”的发明专利，在一个长方体支架周围四个棱角处安装有相同的扫描设备，每一处的扫描设备由四台在垂直方向上等间距布置的红外摄像头组成，也即该设备需要使用多个摄像头才能达到扫描的目的，虽然扫描速度较快，但耗费的成本较高。

西安非凡士机器人科技有限公司申请的，专利号为201420430356.4的“一种基于结构光技术的三维人体测量装置”以及北京博维恒信科技发展有限公司申请的申请号为201310140934.0的“多机位快速人体三维扫描系统”发明专利，需要使用多个摄像头，同样比较耗费成本，并且在使用时，需要布置各套扫描设备的方位，比较麻烦；

另一种方法是让摄像头相对于被扫描对象在垂直方向上移动，如，重庆旭禾科技有限公司申请的申请号为201310619351.6，名为“三维扫描仪及使用该三维扫描仪进行扫描的方法”发明专利，公开了这样的技术，被扫描对象也是置于一个检测板上，摄像头在直立的导轨上可以上下滑动，摄像头每降低一定高度就停下来，然后检测板转动一圈，使摄像头可以扫描到对象当前层的全周图像，然而这种方式也属于一种间断的拍照式测量，比较耗时。再者，申请号为201420401632.4，名为的“一种新型的人体三维扫描仪系统”额实用新型专利，和泉州美时美刻电子科技有限公司申请的申请号为201420401632.4的“一种3D全自动扫描装置”实用新型专利，其技术是让摄像头移动实现扫描，然而这两种装置结构较为复杂，安装和维修不便。

因此，急需一种更好的技术能够更好的解决上述的这些问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，，针对比较细长的被测物在扫描过程中存在的缺点，本发明提出一种3D扫描系统，旨在解决细长被测物在扫描过程中存在的问题，实现自动化3D扫描，降低扫描设备的成本，提高扫描速度，并增强扫描设备的功能，方便使用。

为了解决上述的技术问题，本发明提出的基本技术方案为：一种3D扫描系统，用以实现对被测物进行3D扫描，该装置包括壳体；

其中，该壳体包括用以放置被测物的检测平台和能够围绕所述检测平台转动的支架；

支架包括沿着所述检测平台周侧布置的至少两连接部，在两连接部的外沿向上设置至少两竖杆，在两竖杆的顶部设置有可沿着两竖杆的长度方向做来回往复移动的至少一横杆；

所述竖杆呈中空状，该竖杆的中空部收容有沿该竖杆的高度方向布置的传送装置，该传送装置上安装有用于对被测物进行扫描的扫描器，该扫描器可随着传送装置沿竖杆高度方向来回往复移动；

所述检测平台具有一底座，所述的底座具有一用以收纳检测板的容置腔，该容置腔内设置一控制器，在所述检测板上均布若干称重传感器；

在至少一竖杆内侧面处设置有一LED显示屏，该LED显示屏连接至控制器；

在横杆上设置有一测距仪用以检测放置于检测板的被测物高度；

所述控制器包括图像处理模块、运动控制模块和数据传输模块；所述图像处理模块通过有线或者无线方式连接至所述扫描器，所述运动控制模块连接至控制传送装置移动的往复运动的第一驱动电机和控制检测板转动的第二驱动电机以实现运动控制；所述测距仪和所述称重传感器通过有线或者无线的方式连接至所述数据传输模块以实现向外界显示终端进行显示。

进一步的，所述底座包括形成有容置腔的上壳和下壳，在该容置腔内设置有第一支撑座板，该第一支撑座板的中心位置处设置一旋转柱，该旋转柱套接一可以绕着该旋转柱转动的转动板，该转动板的中心位置设置有第一齿轮，该第一齿轮啮合一直径小于其直径的第二齿轮，该第二齿轮连接第二驱动电机；所述的转动板连接所述的下壳，该下壳与连接部固定连接，当转动板转动时带动支架转动。

进一步的，在一竖杆内具有导轨，该导轨正对该竖杆的敞开口，在该导轨的底部设置第一驱动电机，该第一驱动电机的输出端连接一传送带，该传送带沿着导轨的方向延伸至竖杆的上部；在导轨上卡设一可沿所述导轨上下往复移动的传动装置，该传动装置包括固定板、安装板和滑块，该滑块卡设在导轨上，固定板固定在滑块上，安装板固定在固定板上；其中，在固定板的背部靠近传送带一侧与所述的传送带固定在一起。

进一步的，所述连接部呈扇形结构，其沿着底座的周侧向所述竖杆。

进一步的，在所述的检测平台的边缘处设置两个竖杆，该两个竖杆垂直于该检测平台布置。

进一步的，所述竖杆呈弧形，其半径方向指向所述底座。

进一步的，所述横杆的数量为两个，其成X状设置在竖杆的顶端。

进一步的，在底座的容置腔内设置有散热器，所述图像处理模块、数据传输模块和运动控制模块均布在所述散热器周侧。

进一步的，在至少一个竖杆的低端设置所述的第一驱动电机，该第一驱动电机通过传送带连接至传送装置以实现控制对所述的扫描器的上下移动。

进一步的，所述数据传输模块通过有线或者无线的方式连接以显示终端向该显示终端发送被测物的重量、高度以及三维图像信息本发明的有益效果是：

1、本发明的支架可以围绕检测平台转动，而扫描器设置在位于检测平台的一侧的竖杆并可以沿着竖杆的高度方向做上下的往复移动，在扫描器下移的过程中随着支架的旋转实现对被测物的全面扫描，对于被测物来说实现了螺旋式的旋转，避免了以往的扫描为间歇式扫描的问题，提高了速度、节省了时间。

2、由于本发明采用的是支架围绕检测平台转动，而避免了以往的检测台转动而带来的安全问题，极大满足了社会需求。

3、另外，本发明的技术方案中还具有测距仪和称重传感器能够对被测物实现多方面的记录。

4、再者，本发明的3D扫描装置结构简单，易于制造、安装和维修，成本较之一般的扫描器具有成本低的优点。

附图说明

图1为本发明一种3D扫描系统的外形结构示意图；

图2为LED显示屏在竖杆的安装示意图；

图3为图1所述的竖杆的内部结构示意图；

图4为图2所示的定位片的结构示意图；

图5为底座的外形示意图；

图6为图4的底座的内部结构示意图之一；

图7为图4的底座的内部结构示意图之二；

图8为旋转柱和转动板的安装示意图；

图9为本发明的一种3D扫描系统的电路连接示意图。

具体实施方式

以下将结合附图1至附图9对本发明做进一步的说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。

对照附图1至附图9：

本发明一种3D扫描系统，用以实现对被测物进行3D扫描，其特征在于，该装置包括：壳体10；

其中，该壳体10包括用以放置被测物的检测平台20和能够围绕所述检测平台转动的支架123；

支架123包括沿着所述检测平台20周侧布置的至少两连接部202，在两连接部202的外沿向上设置至少两竖杆30，在两竖杆30的顶部设置有可沿着两竖杆30的长度方向做来回往复移动的至少一横杆40；

所述竖杆30呈中空状，该竖杆30的中空部收容有沿该竖杆的高度方向布置的传送装置50，该传送装置上50安装有用于对被测物进行扫描的扫描器60，该扫描器60可随着传送装置50沿竖杆30高度方向来回往复移动；

所述检测平台20具有一底座201，所述的底座201具有一用以收纳检测板2011的容置腔，该容置腔内设置一控制器2012，在所述检测板2011上均布若干称重传感器2013；

在至少一竖杆内侧面处设置有一LED显示屏80，该LED显示屏80连接至控制器2012；

在横杆40上设置有一测距仪70用以检测放置于检测板2011的被测物高度；

所述控制器2012包括图像处理模块2012a、运动控制模块2012b和数据传输模块2012c；所述图像处理模块2012a通过有线或者无线方式连接至所述扫描器60，所述运动控制模块2012b连接至控制传送装置50移动的往复运动的第一驱动电机01和控制检测板2011转动的第二驱动电机02以实现运动控制；所述测距仪70和所述称重传感器2013通过有线或者无线的方式连接至所述数据传输模块2012c以实现向外界显示终端03进行显示。

具体的，所述的底座201为圆饼状，其位于整个壳体10的中心轴位置，在底座201的左右两侧为连接部202，该连接部202呈扇形结构，其小端连接在底座201的外侧面，大端连接至竖杆30。所述的竖杆30数量为两个，其位于连接部202的外侧面，并与该连接部202垂直，该竖杆30的横截面为弧形状。其中，左侧的竖杆30中空，在中空出设置有传送装置50，传送装置50上安装有扫描器60，在传送装置50做上下移动过程中能够带动扫描器60上下移动，配合着底座201的检测板2011的转动，实现了被测物的螺旋式扫描。在两个竖杆30的顶端设置横杆40，横杆40的数量为两个并呈X状布置，每根横杆40的两端分别固定在两竖杆30的对角端，能够保证两竖杆30的稳定性。在两横杆40的连接处的下方固定有测距仪70，该测距仪70为超声波测距仪，其能够检测被测物的高度。

详细的，在左侧的竖杆30内具有一导轨301，该导轨301正对的竖杆30的右侧面为敞开的，因为这样可以方便传送装置50在沿着该导轨301做上下的往复移动。在导轨301的下方设置第一驱动电机01，该第一驱动电机01的输出轴位于导轨301的一侧，第一驱动电机01的输出端连接传送带04，该传送带04用以向传送装置50传输动力以实现传动装置50的移动。由图中可以看出，所述传送装置50包括一个横向水平设置的安装板501，该安装板501固定在一个与该安装板501垂直的固定板502上，该固定板502固定在一个滑块503上，滑块503具有一个滑槽，而该滑槽刚好卡设在所述的导轨301上，以此所述的滑块503便可沿着导轨301做上下的移动。在固定板502的背侧靠近传送带04的位置设置有一块定位片504，该定位片504具有锯齿状的凸起，通过该定位片504可以将传送带04固定在固定板502的被测，这样当传送带04做上下的移动过程中将会带动整个传送装置50做上下的移动。在所述的安装板501上设置有一个卡孔5011，在固定板502设置有固定孔5021，通过这些结构能够将扫描器60固定在安装板501上。在整个装置的移动过程中，传送装置50始终跟随着传送带04的移动而移动，最终实现扫描器的上下移动。在本发明的技术方案中，为了让传送带04能够很好的与传送装置50固定在一起，在固定板502的被测设置有一用以收纳所述传送带04的凹槽，当需要将传送装置50固定在传送带04上时，可以将传送带04收纳在其中，然后在将定位片504固定在固定板502的背侧。另外，为了保证整个传送装置50在上下运动的过程中移动稳定，在固定板502的背侧通过上下两个定位片504将传送带04固定。

检测平台20具有一底座201，沿着该底座201的周侧具有延伸至竖杆30的连接部202。

底座201包括上壳2013和下壳2014，所述上壳2013套接在下壳2014的外侧面，这样就形成了底座201的容置腔。为了更好的表达底座201的结构，图5中上壳2013和下壳2014为剖视图，而其内部的视图为外形示意图。在底座201的底部为第一支撑座板2015，该第一支撑座板2015紧压下壳2014的上表面，第一支撑座板2015的下方设置有四个支撑脚05，该四个支撑脚05均布；由于所述的第一支撑板2015需要承受很大的重量，因此该第一支撑板2015需要有很大的强度。在第一支撑座板2015的上方设置一个支撑架2016，该支撑架2016包括有上支撑环20161和下支撑环20162，该上支撑环20161和下支撑环20162通过沿着该上支撑环20161和下支撑环20162的周向布置的支撑柱20163连接在一起，具体的，支撑柱20163的个数是六个，这样就能有力的支撑整个底座201。在第一支撑板2015的正中央固定一个旋转柱2017，该旋转柱2017为阶梯轴结构，其下端较大，具有相对较大的面积与第一支撑板2015接触时能够分散作用在第一支撑板2015的作用力。在旋转柱2017的下部外侧套接一圆环06，该圆环06固定在第一支撑板2015的中心位置，当检测板2011旋转的时候如果带动旋转柱2017转动的话能够保证该旋转柱2017不发生偏移。旋转柱2017具有下部较大的大端20171和小端20172。

具体的，在旋转柱2017上套接有转动板2018，该转动板2018具有阶梯通孔20181，并且大孔20182位于下方，小孔位于上方，所述的旋转柱2017便穿过该转动板2018的阶梯通孔，而旋转柱2017的大端20171与所述的转动板2018的大孔20182匹配，这样能够保证转动板2018的稳定转动，具体如图7所示。在所述的转动板2018的上端面设置有围绕着给转动板2018轴心布置的带外齿的第一齿轮20183，该第一齿轮20183与所述转动板2018通过螺钉可拆卸固定在一起，当然该第一齿轮20183也可以是与转动板2018为一体结构。而在第一齿轮20183的一侧设置第二齿轮2019，该第二齿轮2019与第一齿轮20183啮合，其中所述的第一齿轮20183的直径大于第二齿轮2019的直径。该第二齿轮2019连接第二驱动电机02，该第二驱动电机02位于转动板2018的上方。当第二驱动电机02转动的时候将带动第二齿轮2019转动，由于第二齿轮2019与第一齿轮20183啮合，此时第一齿轮20183转动，最终带动所述的转动板2018转动。在所述的旋转柱2017的顶端设置有第二支撑板20100，该第二支撑板20100的下表面设置所述的第二驱动电机02和控制器2012。在第二支撑板20100的上方固定有一个转动盘2011，该转动盘2011的表面处设置有四个称重传感器2013，这四个称重传感器2013沿着转动盘2011的周向均布。而上壳2013的上表面接触所述的转动盘2011，并且该上壳2013的上表面具有一个通孔，用以让所述转动盘2011外露以便放置被测物。

值得说明的是，所述的下壳2014连接至转动板2018，这样当转动板2018转动的时候将带动下壳2014转动，而下壳的外周侧连接连接部202，所以当转动板2018转动的时候，能够带动整个支架123转动，而位于检测板2011上的被测物不需要转动。本3D扫描装置尤其针对人的3D扫描；以往的扫描设备是人站立在一会旋转的转动盘上进行扫描的，当转动盘转动的时候扫描仪器也也做向下移动，以此实现对人的三维扫描；而本发明的技术方案是站立在检测板2011上的人不动，而整个支架123在转动，而扫描器60也做下移运动，以此实现对人的三维扫描，尤其对于老人、孕妇、病患和小孩，可以不用转动即完成扫描，对人的安全具有更好的保障作用。

工作流程：

开始工作的时候，被测物放置于检测板2011，扫描器60在传送装置50的作用下复位到最高处。开始扫描的时候，称重传感器2013检测到被测物的重量信息并传输给数据传输模块2012c，测距仪70向被测物发出超声波并得到反馈信息并得到被测物的高度传输至数据传输模块2012c，由数据传输模块2012c传输至显示终端03并显示出来。于此同时第二驱动电机02在运动控制模块2012b的控制下带动支架123转动并带随扫描器60转动；第一驱动电机01在运动控制模块2012b的作用下转动而带动传送带04转动并最终实现对传送装置50的控制，此时传送装置50下移带动扫描器60下移。扫描器60在一开始向下移动的时候不会对被测物进行拍摄，当扫描器60运动到距离被测物一定的位置时开始对被测物进行扫描并得到图像。在支架123转动的同时，扫描器60则不断下移，相对与被测物来说扫描器60做的是螺旋式移动。在支架123不断的转动过程中，扫描器60得到了被测物的各个视角的图像，当被测物旋转了一定的圈数之后，扫描器60也走完的全部的行程并得到了被测物的全部图像，然后传输给图像处理模块2012a，由图像处理模块2012a整合成三维模型，最后由数据传输模块2012c传输至显示终端03处进行显示。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种3D扫描系统，用以实现对被测物进行3D扫描，其特征在于，该装置包括一壳体；

其中，该壳体包括用以放置被测物的检测平台和能够围绕所述检测平台转动的支架；

支架包括沿着所述检测平台周侧布置的至少两连接部，在两连接部的外沿向上设置至少两竖杆，在两竖杆的顶部设置有可沿着两竖杆的长度方向做来回往复移动的至少一横杆；

所述竖杆呈中空状，该竖杆的中空部收容有沿该竖杆的高度方向布置的传送装置，该传送装置上安装有用于对被测物进行扫描的扫描器，该扫描器可随着传送装置沿竖杆高度方向来回往复移动；

所述检测平台具有一底座，所述的底座具有一用以收纳检测板的容置腔，该容置腔内设置一控制器，在所述检测板上均布若干称重传感器；

在至少一竖杆内侧面处设置有一LED显示屏，该LED显示屏连接至控制器；

在横杆上设置有一测距仪用以检测放置于检测板的被测物高度；

所述控制器包括图像处理模块、运动控制模块和数据传输模块；所述图像处理模块通过有线或者无线方式连接至所述扫描器，所述运动控制模块连接至控制传送装置移动的往复运动的第一驱动电机和控制检测板转动的第二驱动电机以实现运动控制；所述测距仪和所述称重传感器通过有线或者无线的方式连接至所述数据传输模块以实现向外界显示终端进行显示。

2.如权利要求1所述的一种3D扫描系统，其特征在于：所述底座包括形成有容置腔的上壳和下壳，在该容置腔内设置有第一支撑座板，该第一支撑座板的中心位置处设置一旋转柱，该旋转柱套接一可以绕着该旋转柱转动的转动板，该转动板的中心位置设置有第一齿轮，该第一齿轮啮合一直径小于其直径的第二齿轮，该第二齿轮连接第二驱动电机；所述的转动板连接所述的下壳，该下壳与连接部固定连接，当转动板转动时带动支架转动。

3.如权利要求1所述的一种3D扫描系统，其特征在于：在一竖杆内具有导轨，该导轨正对该竖杆的敞开口，在该导轨的底部设置第一驱动电机，该第一驱动电机的输出端连接一传送带，该传送带沿着导轨的方向延伸至竖杆的上部；在导轨上卡设一可沿所述导轨上下往复移动的传动装置，该传动装置包括固定板、安装板和滑块，该滑块卡设在导轨上，固定板固定在滑块上，安装板固定在固定板上；其中，在固定板的背部靠近传送带一侧与所述的传送带固定在一起。

4.如权利要求1所述的一种3D扫描系统，其特征在于：所述连接部呈扇形结构，其沿着底座的周侧向所述竖杆。

5.如权利要求1所述的一种3D扫描系统，其特征在于：在所述的检测平台的边缘处设置两个竖杆，该两个竖杆垂直于该检测平台布置。

6.如权利要求1所述的一种3D扫描系统，其特征在于：所述竖杆呈弧形，其半径方向指向所述底座。

7.如权利要求1所述的一种3D扫描系统，其特征在于：所述横杆的数量为两个，其成X状设置在竖杆的顶端。

8.如权利要求1所述的一种3D扫描系统，其特征在于：在底座的容置腔内设置有散热器，所述图像处理模块、数据传输模块和运动控制模块均布在所述散热器周侧。

9.如权利要求1所述的一种3D扫描系统，其特征在于：在至少一个竖杆的低端设置所述的第一驱动电机，该第一驱动电机通过传送带连接至传送装置以实现控制对所述的扫描器的上下移动。

10.如权利要求1所述的一种3D扫描系统，其特征在于：所述数据传输模块通过有线或者无线的方式连接以显示终端向该显示终端发送被测物的重量、高度以及三维图像信息。