[发明专利]一种三维扫描仪及三维扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维扫描仪及三维扫描方法。

 

背景技术

三维扫描仪用来获得被测零件表面的三维坐标，并用计算机来分析被测零件的三维坐标，逆向反求制造零件。三维扫描仪主要分为接触式三维扫描仪和非接触式三维扫描仪，其中，非接触式三维扫描仪又分为光栅三维扫描仪（也称拍照式三维扫描仪）和激光扫描仪，而光栅三维扫描仪又有白光扫描或蓝光扫描等，激光扫描仪又有点激光、线激光和面激光的区别。从三维扫描仪的发展历程来看，第一种三维扫描仪采用点测量，代表系统有三坐标测量仪、点激光测量仪、关节臂扫描仪等，它通过每一次的测量点反映物体表面特征，优点是精度高，但速度慢，如果要做逆向工程，只能在测量高精密形位公差要求的物体上有优势；第二种三维扫描仪采用线测量，代表系统有三维台式激光扫描仪、三维手持式激光扫描仪、关节臂+激光扫描仪，它通过一段有效的激光线（一般为几公分，激光线过长会发散）照射物体表面，再通过传感器得到物体表面数据信息，这类三维扫描仪的代表系统是发展比较成熟的，精度较高，其新产品的最高精度已经达到0.01微米，所以，精度上其比肩点扫描，速度上已有极大地提高，在高精度工业设计领域，将有广阔用途，但这类三维扫描仪只适合扫描中小件物体，扫描景深小（一般只有5公分）；第三种三维扫描仪为面扫描，其代表系统有拍照式三维扫描仪、三维摄影测量系统等，它通过一组光栅的位移，再同时经过传感器而采集到物体表面的数据信息。

目前最常用的三维扫描仪是拍照式三维扫描仪和手持激光式扫描仪，其中，拍照式三维扫描仪对大零件的自动拼接不足，手持式激光扫描仪扫描景深小，且价格昂贵。

 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三维扫描仪和三维扫描方法，解决现有三维扫描仪对大零件扫描的自动拼接不足、扫描景深小、价格昂贵的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种三维扫描仪，包括相机、用于夹紧被测零件的夹具、用于驱动夹具旋转的第一驱动电机、若干个处于同一水平面且相互平行间隔分布的探针、用于安装各个探针的探针安装平台、用于驱动各探针水平运动并使各探针靠近或远离被测零件的探针水平驱动装置、以及用于驱动探针安装平台上下运动的探针上下驱动装置，每根探针上都带有颜色标记，所述相机用于拍摄各探针颜色标记的图片并将图片数据输入计算机，计算机用程序分析识别各探针颜色标记在图片中的水平坐标。

优选地，所述探针安装平台上具有若干个水平贯穿的通孔，各探针分别安装在探针安装平台的各个通孔内。

优选地，所述探针水平驱动装置包括设置在探针安装平台上的转子以及用于驱动转子转动的第二驱动电机，所述转子的外圆上具有若干个沿其长度方向延伸的条形槽，每个条形槽内都嵌设有磁条。

优选地，本发明还包括机架，所述机架的两侧设置有竖直导向柱，所述探针上下驱动装置包括第三驱动电机、齿轮和齿条，所述齿轮设置在第三驱动电机的输出轴上，并能够在第三驱动电机的带动下转动；所述齿条套设在其中一根竖直导向柱上并可上下滑动，齿条的外侧与齿轮啮合，所述探针安装平台的一端固定连接在齿条的内侧上。

优选地，所述夹具包括一个固定夹板和一个可上下滑动的活动夹板，所述固定夹板连接在第一驱动电机的输出轴上，并能够在第一驱动电机的带动下转动。

优选地，所述探针安装平台的两侧设置有挡板，两挡板的间距大于探针的长度与被测零件的厚度之和。

一种三维扫描方法，包括如下步骤：

1）夹紧被测零件，移动探针，使各探针顶在被测零件上，然后用相机拍摄各探针颜色标记的图片，并将图片数据输入计算机，计算机根据程序分析识别各探针颜色标记点在图片中的X、Y坐标，并将该坐标写入文本文件“零件三维坐标1”；

2）对被测零件上相邻两根探针之间的间隙部分进行测量，测量时首先移动探针，使各探针远离被测零件，然后将夹具旋转一个角度，重复步骤1），获得被测零件上相邻两根探针之间第一个间隙点的X、Y坐标；再次移动探针，使各探针远离被测零件，再将夹具旋转一个角度，重复步骤1），获得被测零件上相邻两根探针之间第二个间隙点的X、Y坐标；如此循环，完成对被测零件上相邻两根探针之间间隙部分的测量；

3）将夹具相对于步骤1）的状态旋转180°，重复步骤1）和步骤2），此时获得被测零件一周的X、Y坐标；

4）使探针安装平台朝上移动Z距离，将Z坐标值写入文本文件“零件三维坐标1”，重复步骤1）、步骤2）和步骤3），获得被测零件下一周的X、Y坐标；