一种多轴联动交互一体式三维扫描仪及扫描方法技术

本发明专利技术公开了一种多轴联动交互一体式三维扫描仪及扫描方法，第一T型丝杆直线模组内设置有第五电机，第二T型丝杆直线模组上滑动设置有第二丝杆滑台，下端设置有第三电机，第三电机设置在扫描仪底座上，第二丝杆滑台与扫描臂固定连接；扫描臂内设置有第二电机，扫描仪下臂内设置有控制分度转台旋转的第四电机，第一电机包括电机齿轮，半圆型齿轮固定在载物台底部中心位置，电机齿轮与半圆型齿轮啮合连接。本发明专利技术通过一块集成控制电路板，配合上位机软件，联合控制分度转台直线移动、分度转台旋转、载物台俯仰、扫描臂升降、扫描头旋转，实现对小型复杂形貌物体的全方位、自动化三维扫描；扫描方法简单实用，能满足不同使用者的精度和速度要求。

A multi axis interactive 3D scanner and scanning method

【技术实现步骤摘要】
一种多轴联动交互一体式三维扫描仪及扫描方法
本专利技术涉及三维扫描仪领域，具体涉及一种多轴联动交互一体式三维扫描仪及扫描方法。
技术介绍
三维扫描仪广泛应用于光学精密检测、增材制造等领域，随着计算机视觉、图像处理、机械设计、计算机应用及软件开发、集成电路设计等学科发展和技术突破，三维扫描仪生产成本随之降低，且逐渐趋于微型化、自动化、高精化，快速化、一体化的形势。对于复杂形貌物体的三维扫描，如何改进硬件结构、最优化扫描路径，减少扫描盲区，是提高查全率和减少复杂度的关键，也是扫描仪装置设计的一大难点；另外，三维扫描仪与人机交互上位机的一体化设计给使用者带来便利，使用者无需携带个人电脑和安装相关软件，避免了系统适配问题，使系统更趋微型化，同时数据可经USB传输，用于二次处理或3D打印，但人机交互上位机的机型选择、在三维扫描装置的嵌入位置等仍需综合整体设计考虑。专利CN211060881U公开了一种工件的三维检测系统，扫描头由机械手抓取固定，通过控制机械手上下摆动及扫描转台的旋转，完成对物体的全身扫描，由于机械臂无法垂直上下移动，只能旋转式上下摆动，机械臂和转台之间需要留有足够空间，使得整体结构设计体积较大，难以实现扫描头与被测物的最佳距离，影响扫描效果，为了能自下而上扫描被测物，通过在扫描台下叠加垫片，增加高度，其方式未实现完全自动化，且垫片厚度固定，升降精度低，其方式不适于小型复杂形貌物体的三维扫描；专利CN204240957U公开了一体化三维扫描仪，其通过设置可卸载面板，并在面板下设置空腔，将设备放置在空腔内，操作按键与显示屏放置在面板上，便于拆卸和维修。通常为增加扫描范围，需要扫描头作旋转或移动，在扫描头上设置显示器和按钮不方便实时观察和操作，只需设置可拆卸面板即可，若在扫描头上嵌入显示器，整体重量偏大，增加了机械运动负载，同时扫描头需做到精小化，一般对于三维扫描，微型电脑硬件需配置较高，其体积尺寸相对较大，小屏幕也不便观察和操作。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种多轴联动交互一体式三维扫描仪及扫描方法，通过一块集成控制电路板，配合上位机软件，联合控制分度转台直线移动、分度转台旋转、载物台俯仰、扫描臂升降、扫描头旋转，实现对小型复杂形貌物体的全方位、自动化三维扫描；扫描方法简单实用，能满足不同使用者的精度和速度要求。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种多轴联动交互一体式三维扫描仪，包括在端部设置有扫描仪下臂的扫描仪底座，设置在所述扫描仪下臂上端的扫描臂，垂直设置的下端与所述扫描仪底座固定连接的第二T型丝杆直线模组，通过圆柱形轴与所述扫描臂上端侧边连接的扫描头，水平沉嵌在所述扫描仪底座内的第一T型丝杆直线模组，至下而上依次设置在所述第一T型丝杆直线模组上的第一丝杆滑台、分度转台和载物台，设置在所述分度转台上控制所述载物台俯仰动作的第一电机，半圆型齿轮，设置在所述扫描臂内部的控制电路板和设置在所述扫描仪底座内部的上位机；所述第一T型丝杆直线模组内设置有第五电机，所述第二T型丝杆直线模组上滑动设置有第二丝杆滑台，下端设置有第三电机，所述第三电机设置在所述扫描仪底座上，所述第二丝杆滑台与所述扫描臂固定连接；所述扫描臂内设置有第二电机，所述扫描仪下臂内设置有控制所述分度转台旋转的第四电机，所述第一电机包括电机齿轮，所述半圆型齿轮固定在所述载物台底部中心位置，所述电机齿轮与所述半圆型齿轮啮合连接，所述载物台通过活动支架与所述分度转台支撑固定。进一步的，所述扫描臂内设置有固定在所述圆柱形轴上的第二45°斜面齿轮、在所述圆柱形轴一侧的连接所述第二电机且与所述第二45°斜面齿轮啮合的第一45°斜面齿轮和在所述圆柱形轴另一侧的与扇叶相对固定在短轴上且与所述第二45°斜面齿轮啮合的第三45°斜面齿轮，所述短轴上端固定在所述扫描臂的端面上，所述端面设置有多个散热孔。进一步的，所述第一丝杆滑台上表面高于所述扫描仪底座上表面，所述第一丝杆滑台上表面设置有四个1/4标准螺纹孔位，孔间距分别为15mm和20mm，通过在所述标准螺纹孔位内设置外螺丝连接所述分度转台，所述分度转台的直径100mm。进一步的，所述控制电路板包含五组光耦、五个微型驱动器、五组步进电机接口和PLC控制模块，所述五组步进电机接口分别连接所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机和所述第五电机。进一步的，所述扫描仪底座设置有嵌入的抽拉式面板和内部空间，所述抽拉式面板两侧装有滑轨，所述上位机固定在所述抽拉式面板上。进一步的，所述第二T型丝杆直线模组为两组，对应的所述第二丝杆滑台与所述第三电机均为两组，两组所述第三电机同轴设置。进一步的，所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机和所述第五电机的电机接线经过所述扫描仪底座和所述扫描仪下臂汇总于所述控制电路板上，所述扫描头数据线、电源线和所述控制电路板电源线通过所述扫描臂、所述扫描仪下臂汇总至所述扫描仪底座中，所述扫描头数据线与所述上位机连接。进一步的，所述把手固定在所述抽拉式面板侧边，所述把手上设置有锁。进一步的，所述第一电机通过双支架固定在所述分度转台上。一种多轴联动交互一体式三维扫描仪的扫描方法，包括以下步骤：步骤1）接通总电源开关，拉出所述抽拉式面板，打开所述上位机，进入软件界面，点击准备扫描图标，此时所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机和所述第五电机开始按预定初始位置复位，复位完成后，将待测物放置在所述载物台上；步骤2）通过立体视觉原理，首先判断待测物与所述扫描头距离是否在最佳测量范围，如果不在，则所述第一T型丝杆直线模组工作，通过所述第五电机动作控制所述第一丝杆滑台直线移动，直到进入最佳测量范围；第二步，判断相机成像中心与待测物最高点的连线与水平面的夹角是否符合最佳范围，若过大，会导致待测物下部份可能会出现扫描盲区，则通过所述第三电机控制所述第二丝杆滑台，下降所述扫描臂，所述第二电机逆时针旋转上扬所述扫描头降低夹角，若夹角过小，会导致待测物上部份可能会出现扫描盲区，则通过升起所述扫描臂，所述第二电机顺时针旋转放下所述扫描头，提高夹角，此过程所述载物台保持不动，以免所述分度转台旋转后待测物各面俯仰角度不一，影响测量；步骤3）两个条件均符合后，通过设置扫描总面数为4次、8次、12次完成初步扫描并获取数据，通过所述第四电机控制所述分度转台每次旋转角度，完成相应的扫描面数设置，例如旋转4次则每次旋转角度为90°，扫描次数越多，待拼接面数较多，相对耗时较多，相邻面重合区域大，拼接精度更高，需根据使用者要求自己设定；步骤4）根据所述分度转台旋转次序对各扫描面编码标号，将所有扫描面拼接完成后，进行缺漏检查，如果发现漏缺，则准确定位相应编号的扫描面，并判断缺漏部位在上部还是下部，所述分度转台按原路转回，如果上部缺失，则升高所述扫描臂位置，所述第二电机顺时针旋转放下所述扫描头，通过所述第一电机控制所述载物台前倾，直到运行到行程结束，在此期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多轴联动交互一体式三维扫描仪，其特征在于：包括在端部设置有扫描仪下臂（1）的扫描仪底座（3），设置在所述扫描仪下臂（1）上端的扫描臂（2），垂直设置的下端与所述扫描仪底座（3）固定连接的第二T型丝杆直线模组（12），通过圆柱形轴（20）与所述扫描臂（2）上端侧边连接的扫描头（21），水平沉嵌在所述扫描仪底座（3）内的第一T型丝杆直线模组（5），至下而上依次设置在所述第一T型丝杆直线模组（5）上的第一丝杆滑台（6）、分度转台（4）和载物台（10），设置在所述分度转台（4）上控制所述载物台（10）俯仰动作的第一电机（7），半圆型齿轮（9），设置在所述扫描臂（2）内部的控制电路板（28）和设置在所述扫描仪底座（3）内部的上位机（23）；所述第一T型丝杆直线模组（5）内设置有第五电机，所述第二T型丝杆直线模组（12）上滑动设置有第二丝杆滑台（25），下端设置有第三电机（13），所述第三电机（13）设置在所述扫描仪底座（3）上，所述第二丝杆滑台（25）与所述扫描臂（2）固定连接；所述扫描臂（2）内设置有第二电机（14），所述扫描仪下臂（1）内设置有控制所述分度转台（4）旋转的第四电机，所述第一电机（7）包括电机齿轮（8），所述半圆型齿轮（9）固定在所述载物台（10）底部中心位置，所述电机齿轮（8）与所述半圆型齿轮（9）啮合连接，所述载物台（10）通过活动支架（11）与所述分度转台（4）支撑固定。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多轴联动交互一体式三维扫描仪，其特征在于：包括在端部设置有扫描仪下臂（1）的扫描仪底座（3），设置在所述扫描仪下臂（1）上端的扫描臂（2），垂直设置的下端与所述扫描仪底座（3）固定连接的第二T型丝杆直线模组（12），通过圆柱形轴（20）与所述扫描臂（2）上端侧边连接的扫描头（21），水平沉嵌在所述扫描仪底座（3）内的第一T型丝杆直线模组（5），至下而上依次设置在所述第一T型丝杆直线模组（5）上的第一丝杆滑台（6）、分度转台（4）和载物台（10），设置在所述分度转台（4）上控制所述载物台（10）俯仰动作的第一电机（7），半圆型齿轮（9），设置在所述扫描臂（2）内部的控制电路板（28）和设置在所述扫描仪底座（3）内部的上位机（23）；所述第一T型丝杆直线模组（5）内设置有第五电机，所述第二T型丝杆直线模组（12）上滑动设置有第二丝杆滑台（25），下端设置有第三电机（13），所述第三电机（13）设置在所述扫描仪底座（3）上，所述第二丝杆滑台（25）与所述扫描臂（2）固定连接；所述扫描臂（2）内设置有第二电机（14），所述扫描仪下臂（1）内设置有控制所述分度转台（4）旋转的第四电机，所述第一电机（7）包括电机齿轮（8），所述半圆型齿轮（9）固定在所述载物台（10）底部中心位置，所述电机齿轮（8）与所述半圆型齿轮（9）啮合连接，所述载物台（10）通过活动支架（11）与所述分度转台（4）支撑固定。


2.根据权利要求1所述的多轴联动交互一体式三维扫描仪，其特征在于：所述扫描臂（2）内设置有固定在所述圆柱形轴（20）上的第二45°斜面齿轮（16）、在所述圆柱形轴（20）一侧的连接所述第二电机（14）且与所述第二45°斜面齿轮（16）啮合的第一45°斜面齿轮（15）和在所述圆柱形轴（20）另一侧的与扇叶（18）相对固定在短轴上且与所述第二45°斜面齿轮（16）啮合的第三45°斜面齿轮（17），所述短轴上端固定在所述扫描臂（2）的端面（19）上，所述端面（19）设置有多个散热孔。


3.根据权利要求2所述的多轴联动交互一体式三维扫描仪，其特征在于：所述第一丝杆滑台（6）上表面高于所述扫描仪底座（3）上表面，所述第一丝杆滑台（6）上表面设置有四个1/4标准螺纹孔位，孔间距分别为15mm和20mm，通过在所述标准螺纹孔位内设置外螺丝连接所述分度转台（4），所述分度转台（4）的直径100mm。


4.根据权利要求3所述的多轴联动交互一体式三维扫描仪，其特征在于：所述控制电路板（28）包含五组光耦、五个微型驱动器、五组步进电机接口和PLC控制模块，所述五组步进电机接口分别连接所述第一电机（7）、所述第二电机（14）、所述第三电机（13）、所述第四电机和所述第五电机。


5.根据权利要求4所述的多轴联动交互一体式三维扫描仪，其特征在于：所述扫描仪底座（3）设置有嵌入的抽拉式面板（22）和内部空间（24），所述抽拉式面板（22）两侧装有滑轨，所述上位机（23）固定在所述抽拉式面板（22）上。


6.根据权利要求5所述的多轴联动交互一体式三维扫描仪，其特征在于：所述第二T型丝杆直线模组（12）为两组，对应的所述第二丝杆滑台（25）与所述第三电机（13）均为两组，两组所述第三电机（13）同轴设置。


7.根据权利要求6所述的多轴联动交互一体式三维扫描仪，其特征在于：所述第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海马，徐炜，陈毅，徐斌，
申请(专利权)人：苏州飞特西普三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32