一种平台移动型宽幅工业扫描设备及扫描方法与流程

本发明涉及一种扫描设备及扫描方法，尤其是一种平台移动型宽幅工业扫描设备及扫描方法，属于宽幅扫描技术领域。

背景技术：

获取高精度图案的扫描仪，按照被扫描表面的放置方式，一般可以分为接触式及非接触式。接触式扫描仪上，被扫描表面是直接覆盖在支撑面，例如一般家用与办公用的扫描仪，文稿是直接覆压在透明的玻璃面上；接触式扫描仪一般适用于文稿图纸及软物(例如织物)的扫描，但是一般能扫描的幅面较小。非接触式扫描仪上，被扫描表面没有直接接触任何支撑面，例如生产线上在线检测的扫描一般是非接触式扫描，再例如扫条码的扫描枪，原理上也是非接触扫描。

按照扫描过程中，是被扫描物体在移动还是扫描元件在移动来区分，可以分为扫描元件移动式及平台移动式。一般家用与办公用的扫描仪是扫描元件移动式的，被扫描物体覆盖在玻璃支撑板后，通过扫描元件的移动来获取图像。生产线上在线检测的扫描一般是平台移动式，扫描元件安装在固定的位置。

在国内，现有的扫描仪产品，普遍存在以下问题：

1)只能垂直向下扫描。扫描角度，类似于拍照角度。在扫描表面有凹凸物体的时候，不同扫描角度，出来的视觉和图像效果是不同的。现有国内产品只有垂直向下的单一角度扫描。

2)没有扫描预览功能，或者扫描预览耗时过长。国内同类产品均没有扫描预览功能，也没有预览后灵活选取扫描区域的功能；而进口产品的扫描预览耗时过长，因为宽幅的原因，预览长×宽为1500×1000mm的幅面，耗时接近2分钟。

3)柔软的物件，例如宽幅图纸及薄织物，放置在平台上时，往往出现不能铺平的情况，直接影响扫描质量。

4)没有自动调焦。

5)缺少有效减少杂光进入镜头的设置。

6)没有照明灯光的温度控制。同类设备上的灯光，有两种，一种是交流电的冷光灯，一种是直流电led灯。交流电冷光灯的缺点在于电频率远远小于扫描频率，由于电源周期内亮度细微变化而导致图像质量不稳定。为了得到稳定照明，直流led灯是更好的选择；但是直流led灯存在发热大的问题，如果不控制散热，会影响光线的色温，从而影响图像色彩。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种平台移动型宽幅工业扫描设备，该设备结构设计合理，可以灵活获取不同视角下的被扫描宽幅物体表面的高精度和高色彩还原度的表面图案。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述设备的扫描方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种平台移动型宽幅工业扫描设备，包括机架、立柱、平台、悬臂、线阵相机和控制装置，所述机架底部设有万向脚轮，所述立柱固定在机架上，所述平台通过第一滑轨与机架连接，并由第一电机带动沿机架水平方向做直线运动；所述悬臂通过第一滑杆与立柱连接，并由第二电机带动沿立柱竖直方向做直线运动；所述线阵相机通过第二滑轨与悬臂连接，线阵相机由第三电机带动沿悬臂水平方向做直线运动，由旋转电机带动沿线阵相机的感光元件的中心轴做旋转运动，所述旋转电机通过减速机与线阵相机连接，所述线阵相机、第一电机、第二电机、第三电机和旋转电机分别与控制装置连接。

进一步的，所述线阵相机的镜头固定在一滑块上，所述滑块与第二滑杆连接，并由第四电机驱动，带动线阵相机的镜头伸缩，所述第四电机与控制装置连接。

进一步的，还包括面阵相机，所述面阵相机设置在立柱上部，并与控制装置连接，面阵相机与初始位置的平台之间的位置和角度是固定的，面阵相机的镜头朝向平台，且面阵相机的镜头视野范围覆盖整个平台。

进一步的，还包括灯架和灯光支撑臂，所述灯架通过第三滑轨与立柱连接，并由第五电机带动沿立柱竖直方向直线运动，所述灯光支撑臂通过第四滑轨与灯架连接，并由第六电机带动沿灯架水平方向做直线运动，所述第五电机和第六电机分别与控制装置连接。

进一步的，所述灯光支撑臂上设有两块led灯板和一块挡光板，所述两块led灯板分别位于灯光支撑臂的左右两侧，并与控制装置连接，所述挡光板位于两块led灯板之间，挡光板中间沿线阵相机的镜头方向开出一条缝隙。

进一步的，所述两块led灯板上均安装有温度探头，两块led灯板的背面均具有散热片，所述散热片上安装有可调速的散热风扇，所述温度探头和散热风扇分别与控制装置连接，所述散热片为采用铜材料制成的散热片。

进一步的，所述平台由左平台和右平台拼接而成，所述左平台和右平台的内部均为空腔，顶部均为置物板，底部均为盖板，所述左平台的置物板和右平台的置物板上均开有多个吸气孔，所述左平台和右平台上的多个吸气孔均为等距分布，所述左平台的盖板和右平台的盖板上各安装有两个抽气涡轮风机，所述两个抽气涡轮风机分别与控制装置连接。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于上述设备的扫描方法，所述方法包括以下步骤：

s1、设备开启后，灯光支撑臂上的两块led灯板开启且散热风扇启动，扫描设备自动回到原点位置；

s2、扫描前，用户在计算机的控制软件界面输入扫描相关参数；

s3、根据用户输入的参数，扫描设备自动调整以下位置：灯架的高度、灯光支撑臂在灯架上的位置、悬臂的高度、线阵相机的旋转角度；

s4、正式扫描前，控制软件根据温度探头检测的led灯板温度，判断温度是否在最佳范围内，如果温度在最佳范围内，开始正式扫描；如果温度不在最佳范围内，则提示用户调整室温，等待led灯板的温度回到最佳范围再开始正式扫描；

s5、平台按照一定速度运动，待被框选的扫描区域的前方进入扫描线范围，线阵相机开始扫描，等被框选的扫描区域的后方离开扫描线范围，第一块区域的扫描结束；

s6、如果被框选的扫描区域的宽度大于线阵相机的视野，平台自动返回移动，做第二块区域的扫描，如此类推进行第三块甚至第四块区域的扫描；

s7、控制软件获取了全部扫描图像后，如果多于一张图像，控制软件会在后台自动运行图像拼接程序，然后输出整个被框选的扫描区域的完整图像；

s8、扫描结束，平台自动回到原点位置；

s9、退出控制软件，扫描设备自动回到原点位置。

进一步的，所述方法还包括：

在步骤s4之前，如果用户不需要预览，直接在模拟的平台框上框选需要扫描的区域，确定后，线阵相机沿悬臂自动调整到需要的位置；如果用户需要预览，选择预览功能，位于立柱上部的面阵相机自动拍摄一张平台的图像，控制软件获取面阵相机拍摄的图片后，自动进行畸变纠正，并显示在控制软件界面，用户在纠正后的图片上框选需要扫描的区域，确定后，线阵相机沿悬臂自动调整到需要的位置。

进一步的，所述扫描设备自动回到原点位置是指：平台位于左边的极限位，灯架位于下方的极限位，灯光支撑臂位于灯架中间，悬臂的高度位于分辨率600dpi的位置，线阵相机垂直向下指向平台的中线；

所述扫描相关参数包括被扫描物件的高度、需要的图像分辨率、led灯板的开启形式、扫描角度。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明设置了悬臂和线阵相机，悬臂通过滑杆与立柱连接，线阵相机通过滑轨与悬臂连接，悬臂在电机的带动下可沿立柱向上或向下运动，以带动线阵相机向上或向下运动，同时线阵相机在电机的带动下可沿悬臂向前或向后运动，以及在旋转电机的带动下沿线阵相机的感光元件的中心轴做旋转运动，可以改变线阵相机的拍摄位置和拍摄角度，在扫描表面有凹凸物体时，不同拍摄位置和拍摄角度，可以扫描出不同的视觉和图像效果，即通过调整拍摄位置和拍摄角度，满足用户对视觉和图像的需求，灵活性和效果明显优于现有只能垂直向下扫描物体表面的设备。

2、本发明的线阵相机的镜头可以固定在一滑块上，该滑块在电机的驱动下，带动线阵相机的镜头伸缩，通过使镜头伸缩，可精确调整镜头与线阵相机之间距离，与计算机相配合，可以实现精准自动对焦功能。

3、本发明还可以在立柱上设置面阵相机，面阵相机与初始位置的平台之间的位置和角度是固定的，面阵相机的镜头朝向平台，其镜头视野范围覆盖整个平台，面阵相机在控制装置与计算机连接后，通过计算机进行控制，需要预览时，选择预览，面阵相机对平台拍摄一张图片并输出到计算机，随后自动对图片进行畸变校正，然后将校正后的预览图像显示在计算机的显示屏上，供用户选取具体的扫描区域，如果采用线阵相机，由于线阵相机的成像原理，用户预览扫描效果必须先进行一次预扫描，花费的时间较多，而面阵相机的成像原理与线阵相机不同，采用面阵相机拍摄进行预览能有效提高扫描预览速度，虽然像素值不高，但已经足以让用户快速框选需要扫描的区域，操作便利性明显提高。

4、本发明还可以设置灯架和灯光支撑臂，灯架通过滑轨与立柱连接，灯光支撑臂通过滑轨与灯架连接，灯架在电机的带动下可沿立柱向上或向下运动，以带动灯光支撑臂向上或向下运动，同时灯光支撑臂在电机的带动下也可以沿灯架向左或向右运动，灯光支撑臂和线阵相机相结合，可以拍摄出各种不同打光角度的特殊效果。

5、本发明的灯光支撑臂上设有两块led灯板和一块挡光板，两块led灯板分别位于灯光支撑臂的左右两侧，可以选择两者同时开启、单独左边的led灯板开启或单独右边led灯板开启，挡光板位于两块led灯板之间，挡光板中间沿线阵相机的镜头方向开出一条缝隙，缝隙确保被扫描区域的光线可以完全进入线阵相机的镜头，同时挡光板可以挡住大部分非扫描区域的杂光干扰，提升扫描图像质量和稳定性。

6、本发明的led灯板上安装有温度探头，led灯板的背面具有散热片，散热片上安装有可调速的散热风扇，通过温度探头可以实时监控led灯板的温度(色温)，如果温度不在最佳范围内，可以通过调整散热风扇的速度，将led灯板的温度控制在最佳范围内，可以提高色彩还原的准确性。

7、本发明的平台内部为空腔，上部置物板上开有多个吸气孔，下部盖板上安装有抽气涡轮风机，抽气涡轮风机启动后，置物板上的吸气孔处产生一定的负压，在扫描柔性物体时，如纸张和布料等，真空吸附功能可以增加物体的平整度，有助于提高扫描的效果，多个吸气孔等距分布可以确保吸力均匀分布。

附图说明

图1为本发明实施例1的平台移动型宽幅工业扫描设备正视角度的立体结构图。

图2为图1中a处的放大示意图。

图3为本发明实施例1的平台移动型宽幅工业扫描设备侧视角度的立体结构图。

图4为图3中b处的放大示意图。

图5为本发明实施例1的平台移动型宽幅工业扫描设备后视角度的立体结构图。

图6为本发明实施例1的平台移动型宽幅工业扫描设备正视结构图。

图7为本发明实施例1的平台移动型宽幅工业扫描设备侧视结构图。

图8为图7中c处的放大示意图。

图9为本发明实施例1的平台移动型宽幅工业扫描设备俯视结构图。

图10为本发明实施例2的平台移动型宽幅工业扫描设备正视结构图。

其中，1-机架，2-立柱，3-平台，4-悬臂，5-线阵相机，6-灯架，7-灯光支撑臂，8-万向脚轮，9-第一滑轨，10-第一电机，11-吸气孔，12-抽气涡轮风机，13-第一滑杆，14-第二电机，15-第二滑轨，16-第三电机，17-旋转电机，18-减速机，19-滑块，20-第二滑杆，21-第四电机，22-第三滑轨，23-第五电机，24-第四滑轨，25-第六电机，26-led灯板，27-挡光板，28-缝隙，29-散热风扇，30-面阵相机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1～图9所示，本实施例提供了一种平台移动型宽幅工业扫描设备，该工业扫描设备包括机架1、立柱2、平台3、悬臂4、线阵相机5、灯架6、灯光支撑臂7和控制装置(图中未示出)。

所述机架1底部设有万向脚轮8，方便用户移动整个设备，所述立柱2固定在机架1上，控制装置包括控制器(如日本三菱qx系列plc及其控制模块、fx系列plc及其控制模块)和多个电机驱动器，通过数据线与计算机连接，在电源启动后，扫描设备可以正常工作。

所述平台3通过第一滑轨9与机架1连接，并由第一电机10带动沿机架1水平方向做直线运动(向左或向右运动)，所述第一电机10与控制装置连接；平台3由左平台和右平台拼接而成，所述左平台和右平台的内部均为空腔，顶部均为置物板，底部均为盖板，所述左平台的置物板和右平台的置物板上均开有多个等距分布的吸气孔11，所述左平台的盖板和右平台的盖板上各安装有两个抽气涡轮风机12，所述两个抽气涡轮风机12分别与控制装置连接，抽气涡轮风机12启动时，置物板上的吸气孔11处产生一定的负压，将薄软的文稿或织物平附在置物板上，多个吸气孔11等距分布可以确保吸力均匀分布。

所述悬臂4通过第一滑杆13与立柱2连接，并由第二电机14带动沿立柱2竖直方向做直线运动(向上或向下运动)，所述第二电机14与控制装置连接；所述线阵相机5通过第二滑轨15与悬臂4连接，可随悬臂4一起沿竖直方向做直线运动(向上或向下运动)，线阵相机5可由第三电机16带动沿悬臂4水平方向做直线运动(向前或前后运动)，可以改变线阵相机5的拍摄位置(上下或前后运动)，线阵相机5可由旋转电机17带动沿线阵相机5的感光元件的中心轴做旋转运动，可以改变线阵相机5的拍摄角度，在扫描表面有凹凸物体时，不同的拍摄位置和拍摄角度，可以扫描出不同的视觉和图像效果，所述旋转电机17通过减速机18与线阵相机5连接，所述线阵相机5、第三电机16和旋转电机17分别与控制装置连接；此外，线阵相机5的镜头固定在一滑块19上，所述滑块19与第二滑杆20连接，并由第四电机21驱动，带动线阵相机5的镜头伸缩，通过使镜头伸缩，可精确调整镜头与线阵相机5之间距离，配合计算机控制软件的自动对焦算法，实现精准自动对焦功能，所述第四电机21与控制装置连接。

所述灯架6通过第三滑轨22与立柱2连接，并由第五电机23带动沿立柱2竖直方向直线运动(向上或向下运动)，所述第五电机23与控制装置连接；所述灯光支撑臂7通过第四滑轨24与灯架6连接，并由第六电机25带动沿灯架6水平方向做直线运动(向左或向右运动)，所述第六电机25与控制装置连接；灯架6向上或向下运动，可以带动灯光支撑臂7向上或向下运动，同时灯光支撑臂7也可以向左或向右运动，也就是说灯光支撑臂7和线阵相机5相结合，可以拍摄出各种不同打光角度的特殊效果。

所述灯光支撑臂7上设有两块led灯板26和一块挡光板27，所述两块led灯板26分别位于灯光支撑臂7的左右两侧，并与控制装置连接，两块led灯板26可以选择两者同时开启、单独左边的led灯板26开启或单独右边led灯板26开启，所述挡光板27位于两块led灯板26之间，挡光板27中间沿线阵相机5的镜头方向开出一条缝隙28，缝隙28确保被扫描区域的光线可以完全进入线阵相机5的镜头，同时挡光板27可以挡住大部分非扫描区域的杂光干扰，在调整线阵相机5的拍摄角度后，灯光支撑臂7可以向左或向右，从而确保线阵相机5可以通过缝隙28采集图像。

所述两块led灯板26上均安装有温度探头，两块led灯板26的背面均具有散热片，所述散热片上安装有可调速的散热风扇29，散热风扇29的数量可根据实际需要设置，散热片可以采用铜材料制成，所述温度探头和散热风扇29分别与控制装置连接，通过温度探头可以实时监控led灯板26的温度，如果温度不在最佳范围内，可以通过调整散热风扇29的速度，将led灯板26的温度控制在最佳范围内。

本实施例的扫描设备工作过程如下：

s1、设备开启后，灯光支撑臂7上的两块led灯板26开启且散热风扇29启动，扫描设备自动回到原点位置：平台3位于左边的极限位，灯架6位于下方的极限位，灯光支撑臂7位于灯架6中间，悬臂4的高度位于分辨率600dpi的位置，线阵相机5垂直向下指向平台3的中线。

s2、扫描前，用户需要在计算机的控制软件界面输入以下参数：被扫描物件的高度、需要的图像分辨率、led灯板26的开启形式(两灯齐开、单独左边的led灯板26开、单独右边的led灯板26开)、扫描角度。

s3、根据用户输入的参数，扫描设备自动调整以下位置：灯架6的高度、灯光支撑臂7在灯架6上的位置、悬臂4的高度、线阵相机5的旋转角度。

s4、正式扫描前，控制软件根据温度探头检测的led灯板26温度，判断温度是否在最佳范围内，如果温度在最佳范围内，开始扫描；如果温度不在最佳范围内，则提示用户调整室温，此时用户可以调整散热风扇29的速度，等待led灯板26的温度回到最佳范围再开始正式扫描。

s5、平台3按照一定速度运动，待被框选的扫描区域的前方进入扫描线范围，线阵相机5开始扫描，等被框选的扫描区域的后方离开扫描线范围，第一块区域的扫描结束。

s6、如果被框选的扫描区域的宽度大于线阵相机5的视野，平台3自动返回移动，做第二块区域的扫描，如此类推进行第三块甚至第四块区域的扫描。

s7、控制软件获取了全部扫描图像后，如果多于一张图像，控制软件会在后台自动运行图像拼接程序，然后输出整个被框选的扫描区域的完整图像。

s8、扫描结束，平台3自动回到原点位置。

s9、退出控制软件，扫描设备自动回到原点位置：平台3位于左边的极限位，灯架6位于下方的极限位，灯光支撑臂7位于灯架6的中间，悬臂4的高度位于分辨率600dpi的位置，线阵相机5垂直向下指向平台3的中线。

实施例2：

如图10所示，本实施例的主要特点是：所述扫描设备还包括面阵相机30，所述面阵相机30设置在立柱2上部，并与控制装置连接，面阵相机30的镜头朝向平台3，且面阵相机30的镜头视野范围覆盖整个平台3，图中虚线所示范围即为镜头的视野范围；该面阵相机30是一个百万像素级别的带闪光灯的彩色面阵相机，考虑到预览图对分辨率要求不高，以能够比较准确辨别平台上物体的大小形状为标准，百万像素级别能够满足要求，面阵相机30与初始位置(即上述实施例1提到的原点位置)的平台3之间的位置和角度是固定的，面阵相机30通过计算机的控制软件来控制，需要预览时，选择控制软件内的预览按键，面阵相机30对平台3拍摄一张图片并输出到控制软件，控制软件随后自动对图片进行畸变校正，然后将校正后的预览图像显示在控制软件界面上，供用户选取具体的扫描区域，如果采用线阵相机，由于线阵相机的成像原理，用户预览扫描效果必须先进行一次预扫描，花费的时间较多，而面阵相机的成像原理与线阵相机不同，采用面阵相机拍摄进行预览能有效提高扫描预览速度，虽然像素值不高，但已经足以让用户快速框选需要扫描的区域，操作便利性明显提高。

本实施例的扫描设备工作过程与实施例1的区别之处在于：在步骤s4之前，如果用户不需要预览，可以直接在模拟的平台框上框选需要扫描的区域，确定后，线阵相机5沿悬臂4自动调整到需要的位置；如果用户需要预览，选择预览功能，位于立柱2上部的面阵相机30自动拍摄一张平台3的图像，控制软件获取面阵相机30拍摄的图片后，自动进行畸变纠正，并显示在控制软件界面，用户在纠正后的图片上框选需要扫描的区域，确定后，线阵相机5沿悬臂4自动调整到需要的位置。

综上所述，本发明属于非接触式平台移动性扫描设备，是针对某些特定工业应用场景的专用设备，其作用是可以灵活获取不同视角下的被扫描宽幅物体表面的高精度和高色彩还原度的表面图案，例如扫描石材、木材等天然纹理，应用于瓷砖/木纹板/墙纸工业的图案开发，这是接触式及一般幅面扫描仪做不到的；例如扫描宽幅文稿或者不宜直接接触的物体(接触式可能会损坏被扫描物体)，适合文博/档案/艺术机构的无损原稿的扫描；例如对于印刷制版行业，可以应对不同客户不同素材的高精度扫描需求。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。