【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于三维扫描设备，具体涉及一种三维头部扫描仪，还涉及一种三维头部扫描方法。
技术介绍
1、随着医疗、健康器械、装饰品和康复类穿戴产品的增加，这些产品的客户都有独特的特征，要求产品的制造精度和人体适配性非常高。
2、不同个体的头部尺寸因人种、年龄和身高的不同而各异，需要进行精确的三维扫描以满足客户的需求。虽然可以使用激光三维扫描仪获取人头其他部位的三维数据，但对于头顶区域，由于头发的存在，现有的扫描仪无法满足高精度扫描的要求，尽管特制头套可以减少头发对非接触式三维扫描仪在扫描人头时产生的误差，但当使用者的头发较长时，头发的厚度会对测量数据产生显著影响，且特制头套中的褶皱会使后续处理变得非常困难。
3、因此，现有技术针对头部扫描的方法是要求被测者佩戴泳帽或特制的扫描帽，然后在三维扫描完成后，估算泳帽外表面与头皮之间的距离，以获取近似的头顶三维数据。然而，使用这种方法测量的头顶三维数据并不准确，无法精准描述头顶部的三维曲面。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种三维头部扫描仪，具有能够减少扫描误差，精准描述头部三维曲面的特点。
2、本专利技术的另一个目的是提供一种三维头部扫描方法。
3、本专利技术的一个方案为，三维头部扫描仪，包括支架，支架顶端滑动连接有第一尺寸调节器，第一尺寸调节器通过连接杆连接有耳门定位组件，耳门定位组件固定连接有扇形的扫描探头组件，支架中部设置有第二尺寸调节器，第二尺寸调节器连接有鼻下定位组件，扫描探
4、本专利技术的特点还在于，
5、耳门定位组件包括与连接杆垂直设置的旋转轴，旋转轴远离连接杆的一端设置有耳门定位头，旋转轴上通过卡钳的方式连接有旋转伸缩臂，旋转伸缩臂与扫描探头组卡接；
6、扫描探头组件包括四个交错布置扇形的外壳，前端两个外壳的一侧外壁开设有卡槽，卡槽与耳门定位组件卡接，每个外壳内部均设置有两个超声波传感器，超声波传感器一侧固接有弹簧，弹簧远离超声波传感器的一端连接有内挡板，内挡板外端插接有接触探头，超声波传感器的输出针脚通过传输线集束于集束管内；
7、鼻下定位组件包括伸缩杆，伸缩杆顶端固接有下颌拖，伸缩杆一侧活动连接有鼻下定位头，伸缩杆与第二尺寸调节器连接；
8、座椅一侧布置有脚垫。
9、本专利技术的另一个方案为，三维头部扫描方法，具体按照以下步骤实施：
10、步骤1、通过调节耳门定位组件和鼻下定位组件进行固定；
11、步骤2、通过手动扫描探头组件旋转测得40个测量点数据；
12、步骤3、启动计算机arduino程序，建立头部三维坐标系计算步骤2中每个测量点数据的三维坐标；
13、步骤4、建立贝塞尔曲线，生成参数化曲面，通过输入步骤3中每个测量点数据的三维坐标，得到被测者头顶和后颅三维曲面，完成头部三维数据的扫描获取。
14、本专利技术另一个方案的特点还在于，
15、步骤2中，40个测量点数据包括8个前额区距离数据、8个头顶区距离数据、8个刘海区距离数据、8个后颅区距离数据和8个枕骨区距离数据；
16、前额区为耳门定位组件不旋转时扫描探头组件测量的区域，刘海区为耳门定位组件旋转30°时测量的区域，头顶区为耳门定位组件旋转60°时测量的区域，后颅区为耳门定位组件旋转120°时测量的区域，枕骨区为耳门定位组件旋转150°时测量的区域；
17、步骤3具体按照以下步骤实施：
18、步骤3.1、启动计算机arduino程序后，计算机显示40个测量点数据；
19、步骤3.2、在头部两侧左右耳门上点和鼻下点组成一个水平平面x，以过鼻下点并与水平平面垂直的平面作为一个竖直平面y，以过左右耳门上点连线并与水平平面垂直的平面作为另一个竖直面z，这三个平面建立头部三维坐标系；
20、步骤3.3、选用已采集的现有头部三维模型作为基础模型，获取基础模型各个测量点在步骤3.1中头部三维坐标系的三维坐标q(x1，y1，z1)，扫描探头组件(5)在各测量点时与局部坐标系方向的投影夹角分别为α、β、θ，扫描探头组件(5)此时获得的数据为d1；
21、被测者完成头部定位后，扫描探头组件(5)此时获得的数据为d2，通过计算求得扫描探头组件(5)测量每个测量点数据的三维坐标g(x2，y2，z2)，计算公式为：
22、x2＝x1+(d2-d1) ×cos (α) (1)
23、y2＝y1+(d2-d1) ×cos (β) (2)
24、z2＝z1+(d2-d1) ×cos (θ) (3)。
25、本专利技术的有益效果是：
26、1.本专利技术三维头部扫描仪可以直接与人的头顶及后颅接触，通过超声波传感器收集接触探头的变化数据，可以有效地消除头发厚度对扫描结果的影响，从而确保扫描的准确性，可以快速而准确地获取到被测试者的头顶部尺寸数据；
27、2.本专利技术三维头部扫描方法不仅可以获得高精度的测量结果，而且还可以在短时间内完成测量，减少了被测者的疲劳和不适感；
28、3.本专利技术三维头部扫描方法是接触式的，因此可以减少非接触式三维扫描的误差；本扫描仪建立曲面的局部坐标系依据头部特征点建立，便于与其他测量系统的曲面拼接；可控性好，成本低，可以广泛应用于医学、产品设计等领域，为相关行业提供精确、快速且高性价比的扫描方法。
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1.三维头部扫描仪，其特征在于，包括支架(1)，所述支架(1)顶端滑动连接有第一尺寸调节器(2)，所述第一尺寸调节器(2)通过连接杆(3)连接有耳门定位组件(4)，所述耳门定位组件(4)固定连接有扇形的扫描探头组件(5)，所述支架(1)中部设置有第二尺寸调节器(6)，所述第二尺寸调节器(6)连接有鼻下定位组件(7)，所述扫描探头组件(5)的正下方布置有座椅(8)。
2.根据权利要求1所述的三维头部扫描仪，其特征在于，所述耳门定位组件(4)包括与连接杆(3)垂直设置的旋转轴(401)，所述旋转轴(401)远离连接杆(3)的一端设置有耳门定位头(402)，所述旋转轴(401)上通过卡钳的方式连接有旋转伸缩臂(403)，所述旋转伸缩臂(403)与所述扫描探头组件(8)卡接。
3.根据权利要求1所述的三维头部扫描仪，其特征在于，所述扫描探头组件(5)包括四个交错布置扇形的外壳(501)，前端两个所述外壳(501)的一侧外壁开设有卡槽(502)，所述卡槽(502)与所述耳门定位组件(4)卡接，每个所述外壳(501)内部均设置有两个超声波传感器(503)，所述超声波传
4.根据权利要求1所述的三维头部扫描仪，其特征在于，所述鼻下定位组件(7)包括伸缩杆(701)，所述伸缩杆(701)顶端固接有下颌拖(702)，所述伸缩杆(701)一侧活动连接有鼻下定位头(703)，所述伸缩杆(701)与所述第二尺寸调节器(6)连接。
5.根据权利要求1所述的三维头部扫描仪，其特征在于，所述座椅(8)一侧布置有脚垫(9)。
6.三维头部扫描方法，其特征在于，该方法使用权利要求1-5中任意一项所述的三维头部扫描仪，具体按照以下步骤实施：
7.根据权利要求6所述的三维头部扫描方法，其特征在于，步骤2中所述40个测量点数据包括8个前额区距离数据、8个头顶区距离数据、8个刘海区距离数据、8个后颅区距离数据和8个枕骨区距离数据。
8.根据权利要求7所述的三维头部扫描方法，其特征在于，所述前额区为耳门定位组件(4)不旋转时扫描探头组件(5)测量的区域，所述刘海区为耳门定位组件(4)旋转30°时测量的区域，所述头顶区为耳门定位组件(4)旋转60°时测量的区域，所述后颅区为耳门定位组件(4)旋转120°时测量的区域，所述枕骨区为耳门定位组件(4)旋转150°时测量的区域。
9.根据权利要求6所述的三维头部扫描方法，其特征在于，步骤3具体按照以下步骤实施：
...【技术特征摘要】
1.三维头部扫描仪，其特征在于，包括支架(1)，所述支架(1)顶端滑动连接有第一尺寸调节器(2)，所述第一尺寸调节器(2)通过连接杆(3)连接有耳门定位组件(4)，所述耳门定位组件(4)固定连接有扇形的扫描探头组件(5)，所述支架(1)中部设置有第二尺寸调节器(6)，所述第二尺寸调节器(6)连接有鼻下定位组件(7)，所述扫描探头组件(5)的正下方布置有座椅(8)。
2.根据权利要求1所述的三维头部扫描仪，其特征在于，所述耳门定位组件(4)包括与连接杆(3)垂直设置的旋转轴(401)，所述旋转轴(401)远离连接杆(3)的一端设置有耳门定位头(402)，所述旋转轴(401)上通过卡钳的方式连接有旋转伸缩臂(403)，所述旋转伸缩臂(403)与所述扫描探头组件(8)卡接。
3.根据权利要求1所述的三维头部扫描仪，其特征在于，所述扫描探头组件(5)包括四个交错布置扇形的外壳(501)，前端两个所述外壳(501)的一侧外壁开设有卡槽(502)，所述卡槽(502)与所述耳门定位组件(4)卡接，每个所述外壳(501)内部均设置有两个超声波传感器(503)，所述超声波传感器(503)一侧固接有弹簧(504)，所述弹簧(504)远离超声波传感器(503)的一端连接有内挡板(505)，所述内挡板(505)外端插接有接触探头(506)，所述超声波传感器(503)的输出针脚...
【专利技术属性】
技术研发人员：白晓波，孙奇鹤，刘宝骏，马文宇，余雅情，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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