[发明专利]用于三维扫描的设备和系统及其方法

说明书

描述一种用于对象的三维扫描的设备(1)，所述设备包括检测手段(3，5，7)，适于获得设备(1)的定向信息；光学手段(9)，适于获得关于设备(1)在光学手段(9)的第一参照平面中的位置的平面信息；以及处理手段(11)，适于分别从检测手段(3，5，7)和从光学手段(9)获取定向信息和平面信息，并且为了获得对象的三维图像的目的，处理这种信息以便获得设备(1)在与第一参照平面基本上垂直的轴上的位置的估计。

技术领域

本发明涉及用于三维扫描的设备、系统和方法，尤其涉及任意几 何结构的物理对象的三维(或3D)检测的设备、系统和方法。

背景技术

已知存在许多测量仪器，其可以拷贝或复制具有复杂形状的真实 对象的三维轮廓。这些仪器称作“3D扫描仪”并且用于工业设计、 质量控制、生物医学以及需要真实对象的数字拷贝的其他应用。这种 系统可能需要使用不同的技术，每种技术都具有具体的限制、优点和 成本。根据众所周知并且已制定的分类，它们被划分成两个宏观家族： “接触式”系统和“非接触式”系统。

“接触式”3D扫描系统通过物理接触探测对象的外表面。这些 系统的结构可以包括允许扫描头沿着坐标(例如笛卡尔坐标)轴移动 的刚性臂运输系统，或者更常见地，可以包括安装有可以检测测量头 (也称作“探测器”)的移动的关节安装的位移传感器的铰接臂。

但是，具有刚性或铰接臂的这种“接触式”系统体积非常大并且 难以移动。事实上，它们对于不可从对象的原始位置(例如考古发现) 处移动的对象的3D扫描或检测完全不适当。

至于考虑到“非接触式”系统，它们使用利用光源(激光、光图 案等)的光学系统，并且代表当前可在市场上获得的最广泛的解决方 法。其中，所谓“手持式”扫描仪在市场上现在正变得越来越流行， 其在对象自身上或者在周围环境中使用测量头跟踪站或者放置参照 标记。通常诉诸于这些权宜之计，因为不可以借助于仅一个测量而完 全地扫描对象，并且不得不执行多个测量步骤。为了保证借助于各种 测量而获得的结果的一致性，必须对于所有测量使用共同的参照元 素，例如标记，以便定义单一意思的参照系统。

但是，使用参照或标记的这些后者“非接触式”系统需要用于合 并获得的所有单个测量的后置处理操作，亦即对准并结合单个测量的 算子。而且，测量的准确度严格地取决于放置在对象上的标记的位置 和数量。这个因素引入传播到最终结果(亦即在检查中的对象的3D 模型的完整处理)中的测量误差。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供用于三维扫描的设备、系统和 方法，其允许获取对象的整个形状而不需要合并单个测量的任何后续 步骤。

本发明的第二个目的在于提供用于三维扫描的设备、系统和方 法，其允许直接在对象自身所位于的地点上容易地进行对象的三维检 测。

本发明的第三个目的在于提供用于三维扫描的设备、系统和方 法，其不取决于在检查中的对象上存在的参照或标记的位置和数量， 从而保持独立于这种参照的测量的准确度。

本发明的这些和其他目的由如在权利要求书中要求的用于三维 扫描的设备、系统和方法实现，权利要求书旨在为本描述的组成部分。

简而言之，下面将描述用于三维扫描的设备、系统和方法，其利 用借助于光学传感器而获得的关于设备相对于参照平面的位置的信 息以及借助于惯性和磁力传感器而获得的关于设备的取向的信息(尤 其是滚动、倾斜和偏航数据)；为了获得正在由所述设备检测或扫描 的对象的三维图像，这种信息由微处理器处理以便获得设备在垂直轴 上的位置。

本发明的进一步特征在权利要求书中陈述，权利要求书旨在为本 描述的组成部分。

附图说明

上面的目的将从特别地参考附图的、根据本发明的用于三维扫描 的设备、系统和方法的下面的详细描述中变得更明显，其中：