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CN102257352B - 三维扫描仪 - Google Patents

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CN102257352B CN2008801324000A CN200880132400A CN102257352B CN 102257352 B CN102257352 B CN 102257352B CN 2008801324000 A CN2008801324000 A CN 2008801324000A CN 200880132400 A CN200880132400 A CN 200880132400A CN 102257352 B CN102257352 B CN 102257352B
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奥利维尔·欧派瑞顿
大卫·佛费
法布里斯·米瑞奥杜
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Abstract

本发明涉及一种能够通过使用热成像技术以实时方式对透明物体进行三维造型以便能在工业上进行质量控制的三维扫描仪(1)，其包括滑块(2)、加热器(3)、热感摄像机(5)和控制单元(6)。

Description

三维扫描仪
技术领域
本发明涉及一种三维扫描仪，其通过实现对透明物体表面上的温度差异分析来建立所述物体的三维模型而没有其多重反射的问题。
背景技术
由于光不但会从透明物体上反射而且会透过它们，因此对透明材料如玻璃和丙烯酸树脂进行三维测量会导致多重反射的问题。由于该原因，对透明物体进行三维测量变得困难。因此，在使用成像系统的物体表面测量中，通常关注的是不透明物体而非透明物体。可通过利用明暗法来进行成形的光度立体或彩色光度立体方法以实现对会反射光的物体的表面测量。有一种新方法是反射光波段到透明物体上，并且通过使用通用算法来计算透明物体的表面形状。偏振法是在计算透明物体形状中的另一有效方法。但是，所述的方法要在特定的条件下实施，并且它们在能够在生产线上进行实时三维造型和用于质量控制中的进展非常缓慢。
在作为现有技术的美国专利文献US6367968中，提及了用于通过使用红外热成像法来在物体表面上进行测量和控制的系统。在所述方法中也使用了焦面阵列摄像机。在美国专利文献US6367968中所提及的装置确定了在已经变薄的物体的厚度中所发生的变化。在所述文献中，通过使用照明器来以均匀分布的方式加热特定的区域。接着通过FFT（快速傅里叶变换）方法检测随时间的温度分布，并且由于在比标准值更薄或更厚的区域中温度分布是不同的，因而确定了这些区域。由此可见，在所述文献中没有进行任何三维造型，仅通过使用热成像方法测量了来自表面粗糙度的误差。
专利文献DE10006663A1、US6128086、JP63061107、US2007/0271064A1和EP0007227描述了这样的应用，其中观测来自物体表面的反射光，并对其进行处理以获得关于表面形状的信息。
发明内容
本发明的目的是实现一种三维扫描仪，其能够以实时方式进行透明物体的三维造型以便在工业中进行质量控制。
本发明的另一目的是实现一种三维扫描仪，其能通过使用热成像技术来进行透明物体的三维造型，而不受到源于透明物体结构的内反射的影响。
本发明的另一目的是实现一种三维扫描仪，其不但具有透明物体的结构而且具有不同材料的结构，并且也能够进行不透明物体的三维造型。
根据本发明，提供了一种三维扫描仪，包括：至少一个滑块，在滑块上放置有表面形状需要确定的物体，并且滑块具有可动结构；至少一个光学体；至少一个控制单元。其中，该三维扫描仪还包括至少一个加热器，其提供用于局部性地加热放置在滑块上的物体，并且光学体能分散光束以使来自加热器的光束到达滑块上的不同点。该三维扫描仪还包括至少一个热感摄像机，其检测在局部加热的物体表面上的温度差异，并且控制单元通过由热感摄像机检测到的值来进行物体的三维造型。
根据本发明，还提供了一种三维扫描仪，包括：用于放置表面形状需要确定的物体的固定基座；至少一个光学体；至少一个控制单元。其中，该三维扫描仪还包括至少一个可动的加热器，其提供用于局部性地加热物体，并且光学体能分散光束以使来自加热器的光束到达固定基座上的不同点。该三维扫描仪还包括至少一个可动的热感摄像机，其检测在局部加热的物体表面上的温度差异，并且控制单元通过由热感摄像机检测到的值来进行物体的三维造型。
在一个实施例中，热感摄像机具有处于7.5-13微米之间的光谱范围和320×240的像素分辨率。
在一个实施例中，用于局部性地加热物体的表面的加热器是CO2激光器。
在一个实施例中，控制单元确定加热器的功率，以获得根据物体的材料的类型和厚度由热感摄像机检测到的最低温度。
附图说明
在附图中显示了可实现本发明目的的三维扫描仪，在其中：
图1是三维扫描仪的示意图。
图中的各部件单独地编号，其中附图标记涉及以下内容：
1.三维扫描仪
2.滑块
3.加热器
4.光学体
5.热感摄像机
6.控制单元
具体实施方式
三维扫描仪1包括：至少一个滑块2，在其上放置有需要确定表面形状的物体A，该滑块具有可动结构；至少一个加热器3，其提供用于局部性地加热放置在滑块2上的物体A；至少一个光学体4，其可分散光束以使来自加热器3的光束到达滑块2上的不同点；至少一个热感摄像机5，其检测在已局部加热的物体A的表面上的温度差异；以及至少一个控制单元6，其通过由热感摄像机5检测的值来进行物体A的三维造型。
存在于本发明的三维扫描仪1上并携带了需要确定表面形状的物体A的滑块2由控制单元6来控制，其目的是通过加热器3来加热物体的所有区域以得到清晰的信息。当滑块移动时，通过加热器3局部性地加热存在于滑块2上的物体A。所述加热器3优选通过使用CO2激光器来加热物体A的表面，作为特定的形状如点、短线或网格。根据表面上的高度变化，在这些形状上可发生变形或变化。通过热感摄像机5确定这些变化，控制单元6就可计算出三维表面形状。
在本发明的三维扫描仪1中，加热器3的功率由控制单元6确定，以获得根据材料的类型和厚度由热感摄像机5所确定的最低温度。
优选地，用于本发明的三维扫描仪1中的热感摄像机5具有在7.5-13微米之间的光谱范围和320×240的像素分辨率。在所提及的光谱范围中，玻璃的光透射系数为1%，并且光反射系数为最大值。在该情况下，可将玻璃认为是不透明的、反射性的物体。
在本发明的一个优选实施例中，物体A设于一固定的基座上，并且存在于扫描仪1上的摄像机5和加热器3的系统是可动的。
在该基本概念的框架中，能够开发出多个本发明的三维扫描仪1的实施例，本发明不限于这里所描述的例子，其基本上决定于权利要求。

Claims (8)

1.一种三维扫描仪(1)，包括：至少一个滑块(2)，在所述滑块(2)上放置有表面形状需要确定的物体(A)，并且所述滑块具有可动结构；至少一个光学体(4)；至少一个控制单元(6)；
其特征在于，还包括至少一个加热器(3)，其提供用于局部性地加热放置在所述滑块(2)上的物体(A)，并且所述光学体(4)能分散光束以使来自所述加热器(3)的光束到达所述滑块(2)上的不同点；
还包括至少一个热感摄像机(5)，其检测在局部加热的物体(A)表面上的温度差异，并且所述控制单元(6)通过由所述热感摄像机(5)检测到的值来进行所述物体(A)的三维造型。
2.根据权利要求1所述的三维扫描仪(1)，其特征在于，所述热感摄像机(5)具有处于7.5-13微米之间的光谱范围和320×240的像素分辨率。
3.根据权利要求1或2所述的三维扫描仪(1)，其特征在于，用于局部性地加热所述物体(A)的表面的加热器(3)是CO2激光器。
4.根据权利要求1或2所述的三维扫描仪(1)，其特征在于，所述控制单元(6)确定所述加热器(3)的功率，以获得根据所述物体(A)的材料的类型和厚度由所述热感摄像机(5)检测到的最低温度。
5.一种三维扫描仪(1)，包括：用于放置表面形状需要确定的物体(A)的固定基座；至少一个光学体(4)；至少一个控制单元(6)；
其特征在于，还包括至少一个可动的加热器(3)，其提供用于局部性地加热所述物体(A)，并且所述光学体(4)能分散光束以使来自所述加热器(3)的光束到达所述固定基座上的不同点；
还包括至少一个可动的热感摄像机(5)，其检测在局部加热的物体(A)表面上的温度差异，并且所述控制单元(6)通过由所述热感摄像机(5)检测到的值来进行所述物体(A)的三维造型。
6.根据权利要求5所述的三维扫描仪(1)，其特征在于，所述热感摄像机(5)具有处于7.5-13微米之间的光谱范围和320×240的像素分辨率。
7.根据权利要求5或6所述的三维扫描仪(1)，其特征在于，用于局部性地加热所述物体(A)的表面的加热器(3)是CO2激光器。
8.根据权利要求5或6所述的三维扫描仪(1)，其特征在于，所述控制单元(6)确定所述加热器(3)的功率，以获得根据所述物体(A)的材料的类型和厚度由所述热感摄像机(5)检测到的最低温度。
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