三维扫描仪的制作方法

1.本实用新型涉及三维扫描技术领域，尤其涉及一种三维扫描仪。


背景技术：

2.现有技术中针对不同人群的眼镜定制方法中经常需要对用户的头部三维轮廓进行扫描，例如cn105842875a中公开的一种基于人脸测量的眼镜架设计方法，该方法是基于扫描用户脸部得到的三维人脸模型生成与用户脸型适配的眼镜架，以提高眼镜架与用户人脸的适配性和舒适性。人体头部轮廓的扫描重点区域在于人体头部与眼镜相互配合的部位，例如眼睛、眉骨、鼻梁、耳朵等部位，通过将头部轮廓扫描装置的探头的扫描区域对准用户的头部，通过移动采集人体头部轮廓的数据，然后通过算法对数据进行整合，进而能够在计算机中生成用户的头部三维模型。
3.传统的头部轮廓扫描装置需要人手抓持扫描组件进行操作，对操作人员的操作精度及操作技巧要求高，不仅费时费力，而且容易在扫描过程中容易出现遗漏和错误，这种设备不仅扫描效率和扫描精度较低，而且操作过程较为复杂，用户体验感不好。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种三维扫描仪，用以解决现有技术中扫描装置的操作难度高、扫描效率及扫描精度低的问题。
5.本技术提供一种三维扫描仪，包括：底座、显示屏组件、扫描组件、第一连接组件及第二连接组件，所述扫描组件通过所述第一连接组件连接于所述底座，所述扫描组件能通过所述第一连接组件绕第一轴线旋转，所述第一轴线垂直于所述底座；所述显示屏组件通过所述第二连接组件连接于所述底座，所述第一连接组件与所述第二连接组件相互独立设置。
6.在上述方案中，三维扫描仪实现了底座、扫描组件及显示屏组件的一体设置，简化了操作过程，提升了用户体验；本方案使得扫描组件通过第一连接组件与底座连接，并使得扫描组件可通过第一连接组件相对于底座绕垂直于底座的第一轴线旋转，如此，可以提高扫描效率和扫描精度；此外，通过使得显示屏组件与独立于第一连接组件的第二连接组件连接能减少第一连接组件的负载，避免第一连接组件由于负载过重而变形，从而提高设备的运行稳定性，并进一步提高扫描精度。
7.在一种可能的设计中，所述第一连接组件包括连接臂，所述连接臂与所述底座中的一者设置有转动轴，所述连接臂与所述底座中的另一者设置有与所述转动轴相适应的转动连接部，所述转动轴与所述转动连接部转动连接。
8.在上述方案中，通过转动轴与转动连接部的配合，使得第一连接组件与底座之间的相对转动更加顺畅。
9.在一种可能的设计中，所述连接臂包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件的一端与所述底座转动连接，所述第一连接件的另一端与所述第二连接件的一端转动连
接，所述第二连接件远离所述第一连接件的一端与所述扫描组件连接，其中，所述第二连接件可相对于所述第一连接件绕第二轴线旋转，所述第二轴线平行于所述底座。
10.在上述方案中，连接臂包括转动连接的第一连接件和第二连接件，扩大了连接臂的活动范围，进而扩展了扫描组件的扫描范围及扫描角度。
11.在一种可能的设计中，所述连接臂还包括第三连接件，所述扫描组件通过所述第三连接件与所述第二连接件远离所述第一连接件的一端转动连接，所述第三连接件能够相对于所述第二连接件绕第三轴线旋转，所述第三轴线平行于所述第二轴线。
12.在上述方案中，设置第三连接件进一步扩大了连接臂的活动范围，进而扩展了扫描组件的扫描范围及扫描角度。
13.在一种可能的设计中，所述第二连接组件包括支撑架，所述支撑架固定设置于所述底座上方，所述支撑架与所述底座之间形成第一空间，所述第一连接组件至少部分位于所述第一空间内。
14.在上述方案中，支撑架悬空设计使其与底座之间形成第一空间，第一空间内收容至少部分第一连接组件，使得第一连接组件与第二连接组件互不干涉，且提高了三维扫描仪的紧凑性。
15.在一种可能的设计中，所述显示屏组件转动设置于所述支撑架上，所述显示屏组件能够相对于所述支撑架绕第四轴线旋转，其中，所述第四轴线平行于所述底座。
16.在上述方案中，显示屏组件能绕第四轴线转动至叠设于支撑架的状态，使得三维扫描仪在收容时更加紧凑。
17.在一种可能的设计中，所述第一连接组件包括连接臂，所述连接臂包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件的一端与所述底座转动连接，所述第一连接件的另一端与所述第二连接件的一端转动连接，所述第二连接件远离所述第一连接件的一端与所述扫描组件连接，其中，所述第二连接件可相对于所述第一连接件绕第二轴线旋转，所述第二轴线平行于所述底座；
18.所述第一连接件的一端位于所述支撑架的下方，所述第一连接件的另一端位于所述支撑架的上方，并且，所述第一连接件远离所述底座的一端与所述支撑架的顶部之间的高度差大于所述显示屏组件的厚度。
19.在上述方案中，折叠后的显示屏组件位于折叠后的扫描组件的下方且不会与扫描组件碰撞，使得三维扫描仪更加紧凑。
20.在一种可能的设计中，所述扫描组件包括摄像头和光源，所述摄像头为3d摄像头。
21.在上述方案中，3d摄像头用于获取扫描对象的点云和纹理数据，光源用于改变扫描场景的照明环境，如此，能提高三维扫描仪的扫描精度。
22.在一种可能的设计中，所述三维扫描仪还包括处理器，所述处理器与所述显示屏组件及所述扫描组件电连接。
23.在上述方案中，三维扫描仪的扫描组件能够获取被扫描物体的扫描数据，处理器接受扫描数据并完成数据处理操作后，可以将数据处理结果发送到显示屏组件进行显示。
24.在一种可能的设计中，所述三维扫描仪还包括驱动组件，所述驱动组件与所述第一连接组件连接，所述驱动组件用于驱动所述第一连接组件绕所述第一轴线转动。
25.在上述方案中，驱动组件能提高三维扫描仪扫描操作的自动化程度及扫描精度。
指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
41.在本技术实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
42.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
43.下面根据本技术实施例提供的三维扫描仪的结构，对其具体实施例进行说明。
44.本技术提供一种三维扫描仪，包括：底座10、显示屏组件20、扫描组件30、第一连接组件40及第二连接组件50，扫描组件30通过第一连接组件40连接于底座10，扫描组件30能通过第一连接组件40绕第一轴线i1旋转，第一轴线i1垂直于底座10；显示屏组件20通过第二连接组件50连接于底座10，第一连接组件40与第二连接组件50相互独立设置。
45.三维扫描仪可以用于眼镜定制，此时，其扫描对象为用户的头部，所获得的的数据处理结果包括头部三维模型、眼镜设计参数等；也就是说，三维扫描仪的扫描组件30用于获取用户头部的扫描数据。
46.在三维扫描仪的内部或外部可以设置处理器(图中未示出)，处理器可基于用户头部的扫描数据进行三维建模以生成头部三维模型，并基于头部三维模型获取用于设计眼镜的眼镜设计参数。眼镜设计参数可以是瞳孔间距、鼻梁宽度、鼻梁高度、鼻梁角度、颧骨宽度中的一个或多个，本实施例对此不作具体限定，具体可以根据实际情况选择。处理器完成数据处理操作后，可以将数据处理结果发送到显示屏组件20进行显示，具体来说，可以将处理器生成的头部三维模型和/或眼镜设计参数显示在显示屏组件20上，以供用户和/或眼镜设计师参考。当然，在其他的一些实施例中，显示屏组件20还可以用于显示眼镜款式，用户可以通过显示屏组件20上的用户界面进行选择，当用户选中眼镜款式后，处理器响应于用户的选择并根据眼镜款式、眼镜设计参数和头部三维模型进行建模以生成佩戴有相应款式的眼镜的头部三维模型，当然，用户界面还包括参数调整按钮，用户和/或眼镜设计师可以通过参数调整按钮来手动调整眼镜，以使得眼镜与用户更加匹配。处理器可以是专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、数字信号处理设备(digital signal processing device，简称dspd)、可编程逻辑器件(programmable logic device，简称pld)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。
47.请参阅图1至图3，底座10可以为长方体结构，其内部可以放置电路板、处理器等元件。显示屏组件20可以包括屏幕及设置于屏幕外围的框架，屏幕可以显示操作指示、数据处
理结果等内容，框架用于支撑保护屏幕。
48.扫描组件30可以是任意能对物体进行3d扫描的设备或装置，在其中一个实施例中，扫描组件30包括摄像头32和光源31，光源31可以设置于摄像头32的外围并朝向摄像头32的扫描范围设置，光源31用于改变扫描场景的照明环境。在某些实施例中，显示屏组件20的两侧也可以设置有光源31，以更大范围地调整照明环境。摄像头32可以为3d摄像头32，3d摄像头32用于获取扫描对象的点云和纹理数据，3d摄像头32具有最佳扫描距离，因此，为了获得更高的扫描精度，第一连接组件40的尺寸需要配合3d摄像头32的最佳扫描距离设置。在另外的一些实施例中，3d摄像头32可以更换，当更换3d摄像头32时，其最佳扫描距离也发生改变，为了能够在更换3d摄像头32时适应性地将扫描组件30调整到最佳扫描距离，第一连接件42可以设置为伸缩杆或其他具有一定延展、伸缩能力的装置或结构，以使第一连接件42在水平方向上的长度可调整。如此，能提高三维扫描仪的扫描精度。
49.第一连接组件40可以是一根由直段与弯折段组合而成的杆，如此，使得扫描组件30处于底座10上方的预定位置，第一连接组件40也可以是相互铰接连接组成的多连杆结构。扫描组件30通过第一连接组件40与底座10连接，具体连接方式可以是销轴连接，如此，扫描组件30可通过第一连接组件40相对于底座10绕第一轴线i1旋转，第一轴线i1垂直于底座10。实际使用中，在扫描准备阶段，显示屏组件20可以显示指示图标以指引用户移动到合适的扫描位置，当用户移动到合适的扫描位置后，第一连接组件40可以主动或被动地带动扫描组件30绕第一轴线i1旋转，从而对用户头部的至少正面和侧面进行扫描。其中，合适的扫描位置大致位于第一轴线i1上，且与扫描组件30大致等高。这样，可以实现对用户头部数据的自动扫描，从而提高扫描效率和扫描精度。
50.第二连接组件50可以为设置于底座10上的悬臂结构，显示屏组件20通过第二连接组件50与底座10连接，显示屏组件20与第二连接组件50可以通过转轴铰接，如此，显示屏组件20在不用时可以翻折收纳并与第二连接组件50抵接。第二连接组件50独立于第一连接组件40，也就是说，在第一连接组件40带动扫描组件30进行旋转扫描时，第二连接组件50和显示屏组件20不受影响，这样，可以减少用于带动扫描组件30旋转的第一连接组件40的负载，避免第一连接组件40由于负载过重而变形，从而提高设备的运行稳定性并进一步提高扫描精度。
51.综上，本实施例中的三维扫描仪实现了底座10、扫描组件30及显示屏组件20的一体设置，简化了操作过程，提升了用户体验；本方案使得扫描组件30通过第一连接组件40与底座10连接，并使得扫描组件30可通过第一连接组件40相对于底座10绕垂直于底座10的第一轴线i1旋转，如此，可以提高扫描效率和扫描精度；此外，通过使得显示屏组件20与独立于第一连接组件40的第二连接组件50连接能减少第一连接组件40的负载，避免第一连接组件40由于负载过重而变形，从而提高设备的运行稳定性，并进一步提高扫描精度。
52.在其中一个实施例中，第一连接组件40包括连接臂，连接臂与底座10中的一者设置有转动轴41，连接臂与底座10中的另一者设置有与转动轴41相适应的转动连接部，转动轴41与转动连接部转动连接。
53.请参阅图1，转动轴41可以是销轴结构，转动轴41的轴线与第一轴线i1重合，转动连接部(图中未示出)可以是销孔结构，连接臂与底座10通过轴孔配合连接实现相对转动，通过转动轴41与转动连接部的配合，能使得第一连接组件40与底座10之间的相对转动更加
顺畅。
54.在其中一个实施例中，连接臂包括第一连接件42和第二连接件43，第一连接件42的一端与底座10转动连接，第一连接件42的另一端与第二连接件43的一端转动连接，第二连接件43远离第一连接件42的一端与扫描组件30连接，其中，第二连接件43可相对于第一连接件42绕第二轴线i2旋转，第二轴线i2平行于底座10。
55.请参阅图1及图3，第一连接件42和第二连接件43可以为直杆结构，直杆结构的截面形状可以是圆形、椭圆形、半圆形、梯形、方形或者它们的组合。第一连接件42与底座10之间的连接方式可以采用前述轴孔配合连接结构。第一连接件42与第二连接件43的连接处可以采用铰接结构连接，以使第一连接件42能相对第二连接件43转动，又因为第二轴线i2平行于底座10，所以连接臂在底座10高度方向上活动范围得到扩展，本实施例中的连接臂包括转动连接的第一连接件42和第二连接件43，扩大了连接臂的活动范围，进而扩展了扫描组件30的扫描范围及扫描角度。
56.在其中一个实施例中，连接臂还包括第三连接件44，扫描组件30通过第三连接件44与第二连接件43远离第一连接件42的一端转动连接，第三连接件44能够相对于第二连接件43绕第三轴线i3旋转，第三轴线i3平行于第二轴线i2。
57.请参阅图1及图2，第三连接件44与第二连接件43之间同样可以采用铰接结构连接，以使第三连接件44能相对第二连接件43转动，设置第三连接件44进一步扩大了连接臂的活动范围，进而扩展了扫描组件30的扫描范围及扫描角度。
58.在其中一个实施例中，第二连接组件50包括支撑架51，支撑架51固定设置于底座10上方，支撑架51与底座10之间形成第一空间52，第一连接组件40至少部分位于第一空间52内。本实施例中，第一连接组件40连接于底座10中部，连接臂在支撑架51的下方与底座10中部的转动轴41转动连接，支撑架51则固定设置于底座10的边缘处。
59.请参阅图1，支撑架51可以包括平板主体结构及连接于平板一端沿垂直于平板方向延伸的支撑连接结构，支撑连接结构与底座10的顶面连接，如此，支撑架51的悬空设计使其与底座10之间形成第一空间52，第一空间52内收容至少部分第一连接组件40，且使得第一连接组件40与第二连接组件50互不干涉，提高了三维扫描仪的紧凑性。
60.在其中一个实施例中，显示屏组件20转动设置于支撑架51上，显示屏组件20能够相对于支撑架51绕第四轴线i4旋转，其中，第四轴线i4平行于底座10，如此，显示屏组件20能在底座10的高度方向上翻折。显示屏组件20能绕第四轴线i4转动至叠设于支撑架51的状态，使得三维扫描仪在收容时更加紧凑。
61.在其中一个实施例中，第一连接组件包括连接臂，连接臂包括第一连接件和第二连接件，第一连接件的一端与底座转动连接，第一连接件的另一端与第二连接件的一端转动连接，第二连接件远离第一连接件的一端与扫描组件连接，其中，第二连接件可相对于第一连接件绕第二轴线旋转，第二轴线平行于底座；为了避免折叠显示屏组件20和扫描组件30时发生干涉，第一连接件42的一端位于支撑架51的下方，第一连接件42的另一端位于支撑架51的上方，并且，第一连接件42远离底座10的一端与支撑架51的顶部之间的高度差大于显示屏组件20的厚度。
62.请参阅图1，如此，折叠后的显示屏组件20位于折叠后的扫描组件30的下方且不会与扫描组件30碰撞，使得三维扫描仪更加紧凑。
63.在其中一个实施例中，三维扫描仪还包括处理器，处理器与显示屏组件20及扫描组件30电连接。三维扫描仪的扫描组件30能够获取被扫描物体的扫描数据，处理器接受扫描数据并完成数据处理操作后，可以将数据处理结果发送到显示屏组件20进行显示。
64.在其中一个实施例中，三维扫描仪还包括驱动组件(图中未示出)，驱动组件可以是电机，驱动组件可以与控制器电连接，驱动组件还与第一连接组件40传动连接，驱动组件用于驱动第一连接组件40绕第一轴线i1转动。当用户移动到合适的扫描位置后，控制器可以控制驱动组件驱动第一连接组件40绕第一轴线i1旋转以实现三维扫描，本实施例的方案能提高三维扫描仪扫描操作的自动化程度及扫描精度。
65.以下结合三维扫描仪不同工作状态下的图示对其使用过程进行说明：
66.如图1及图2所示，为了使得三维扫描仪能够正常工作并保证结构的紧凑性，当三维扫描仪处于工作状态时，显示屏组件20位于扫描组件30的内侧，扫描组件30所在的位置高于显示屏组件20的顶部，即显示屏组件20不会对扫描组件30的旋转造成干扰，也不会妨碍扫描组件30获取扫描数据。
67.如图3所示，为三维扫描仪处于非工作状态时的结构示意图，为了便于三维扫描仪的包装和运输，三维扫描仪处于非工作状态时，显示屏组件20和扫描组件30均可相对于底座10折叠。更为具体的，本实施例中，为了实现显示屏组件20和扫描组件30相对于底座10折叠，连接臂包括第一连接件42和第二连接件43，第一连接件42的一端与转动轴41转动连接，第一连接件42的另一端与第二连接件43的一端转动连接，第二连接件43的另一端与扫描组件30连接，其中，第二连接件43可相对于第一连接件42绕第二轴线i2旋转，第二轴线i2平行于底座10，这样，可以实现扫描组件30相对于底座10折叠；同样的，显示屏组件20转动设置于支撑架51上，显示屏组件20可相对于支撑架51绕第四轴线i4旋转，第四轴线i4平行于第二轴线i2，这样，可以实现显示屏组件20相对于底座10折叠。
68.在此基础上，为了避免折叠显示屏组件20和扫描组件30时发生干涉，第一连接件42的与转动轴41连接的一端位于支撑架51下方，第一连接件42的与第二连接件43连接的另一端位于支撑架51的上方，并且，第一连接件42的另一端和支撑架51之间的高度差大于显示屏组件20的厚度，这样，折叠后的显示屏组件20位于折叠后的扫描组件30的下方且不会与扫描组件30碰撞。
69.当三维扫描仪处于工作状态时，为了方便用户查看显示屏组件20上显示的信息，显示屏组件20与支撑架51之间的角度大于90度且小于150度设置，具体可以是135度，为了保证设备的美观，第一连接组件40处于工作状态时，第一连接件42和第二连接件43位于支撑架51下方的部分平行于支撑架51，位于支撑架51上方的部分平行于显示屏组件20，也就是说，第一连接件42包括平行于支撑架51的水平段和平行于显示屏组件20的倾斜段，并且，第二连接件43在工作状态下也平行于显示屏组件20。本实施例中，由于扫描组件30需要垂直于底座10设置以实现扫描，而第二连接件43倾斜设置，扫描组件30和第二连接件43呈角度设置，在一些实施例中，扫描组件30以角度固定设置在第二连接件43上，当相对于底座10折叠扫描组件30时，扫描组件30也相对于底座10也呈角度形成凸起，为了避免这种情况，本实施例中，扫描组件30通过第三连接件44与第二连接件43的远离第一连接件42的另一端转动连接，第三连接件44可相对于第二连接件43绕第三轴线i3旋转，第三轴线i3平行于第二轴线i2。
70.当然，在其他的实施例中，第二连接件43还可以不形成为包括倾斜段，而是形成为包括平行于支撑架51的水平段和垂直于底座10的竖直段，并且，第二连接件43在工作状态下也垂直于底座10，这样，扫描组件30直接固定设置在第二连接件43上即可在工作状态下垂直于底座10以实现扫描。
71.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。