用于三维扫描仪的校准托架及其控制方法与流程

1.本公开涉及一种用于三维扫描仪的校准托架及其控制方法，更具体地，涉及一种能够提高三维扫描仪的校准精度并在校准期间提高用户便利性的用于三维扫描仪的校准托架以及其控制方法。


背景技术：

2.三维扫描仪是一种获取目标物体的多个光学图像并使用这些光学图像生成目标物体的三维模型数据的扫描仪。手持式扫描仪是指在各种类型的三维扫描仪中被配置为获取人体部分(特别是口腔内的结构，例如牙齿和牙龈)的一系列光学图像的设备。
3.可以提供一种手持式扫描仪，并且出于卫生目的更换手持式扫描仪的一部分(例如，探头尖端或具有反射镜的尖端外壳)。
4.为了获得准确的三维模型数据，经常需要对三维扫描仪进行纠错工作，即校准。出于这个原因，常见的是提供一种带有校准工具(作为单独附件)的三维扫描仪。
5.然而，在传统手持式扫描仪的情况下，如上所述，包括可更换探针尖端(或尖端外壳)的扫描仪的光路是容纳在校准工具中形成的容纳单元内以执行校准，因此通过设置在探针尖端(或尖端外壳)内的反射镜会发生反转(reversal)现象，从而导致校准精度降低的问题。此外，即使在探针尖端(或尖端壳体)的反射镜中存在例如雾或水的异物时，也存在降低校准精度的问题。
6.此外，在校准过程中，用户必须在各种距离和角度手动操作必需提供的图案板，因此很难保证校准精度。


技术实现要素：

7.本公开是为了解决上述技术问题而做出的，并且本公开的一方面提供了一种用于三维扫描仪的校准托架及其控制方法，其中三维扫描仪插入并安置在校准托架中，同时移除包括光学构件的尖端壳体以用于对三维扫描仪进行更精确的校准。
8.此外，本公开的另一方面提供了一种用于三维扫描仪的校准托架及其控制方法，其中，当三维扫描仪插入并就位时，图案板自动地移动，以便对三维扫描仪进行更精确的校准，并提高用户便利性。
9.本公开的技术问题不限于上述问题，本领域技术人员将通过以下描述清楚地理解未提及的其他技术问题。
10.根据本公开的实施例的用于三维扫描仪的校准托架可以包括：托架主体，包括相机的三维扫描仪的至少一部分插入该托架主体中；图案板，其设置在托架主体内以面向相机以扫描校准三维扫描仪；和图案移动单元，其被配置为当三维扫描仪耦接至托架主体时通过轴向旋转移动或轴向移动中的至少一个来自动地移动图案板，其中轴向方向是三维扫描仪的纵向方向。
11.该轴线可以与从三维扫描仪发射到图案板的光的光轴重合或平行。
12.此外，图案移动单元可以使图案板同时进行轴向旋转移动和轴向移动，并且在图案板移动的同时，可以保持图案板与从三维扫描仪发射到图案板的光的光轴之间的角度。
13.此外，三维扫描仪插入其中的扫描仪插入孔可以形成在托架主体中，并且扫描仪插入孔可以被配置为处于与水平插入的三维扫描仪的底部和托架主体的底部位于相同地面的高度。
14.此外，三维扫描仪插入其中的扫描仪插入孔可以形成为穿过托架主体，并且扫描仪插入孔的尺寸可以使得当三维扫描仪已经插入到扫描仪插入孔中时，外部的光被阻挡进入托架主体内。
15.此外，图案移动单元可以通过无线充电或有线充电的内部电源进行电力操作。
16.此外，被配置为检测三维扫描仪的插入和安置的安装传感器和被配置为检测图案板的位置的扫描位置检测单元中的至少一个设置在托架主体内。
17.此外，被配置为检测光的照度传感器设置在托架主体内，该照度传感器可以检测从三维扫描仪发射到图案板的光。
18.此外，图案移动单元可以包括：驱动电机，其是电力操作的并且具有旋转轴；固定块，其固定在托架主体内并具有在托架主体中形成水平开口的移动引导孔；和安装块，其具有耦接至其的图案板并且设置在固定块内的移动引导孔中，其中，轴向方向是旋转轴的轴向方向。
19.此外，图案移动单元还可以包括传动块，传动块布置在驱动电机和安装块之间以将驱动电机的旋转力传递给安装块，该传动块可以包括：耦接端，其耦接至驱动电机的旋转轴；和旋转叶片，其设置在耦接端处并且插入到在安装块中形成的旋转干涉孔中以引起旋转干涉。
20.此外，在安装块中形成的旋转干涉孔可以形成为在旋转叶片的旋转方向上干涉并且在旋转叶片的水平方向上不干涉的形状。
21.此外，旋转干涉孔可以形成为使得从旋转叶片的前端在水平方向上形成的深度至少大于或等于安装块的水平可移动距离。
22.此外，传动块可以通过传送带接收驱动电机的旋转驱动力，该传送带围绕所述驱动电机的旋转轴上的驱动皮带轮和与所述驱动电动机的旋转轴平行设置的从动皮带轮缠绕。
23.此外，图案移动单元还可以包括移动块，移动块被设置为与安装块互锁并且被配置为通过与固定块的干涉而进行旋转移动或线性移动中的至少一个来移动安装块。
24.此外，移动块可以在移动引导孔内移动，并且在移动块的外周表面或固定块的内周表面上形成引导构件接合在其中的旋转引导槽。
25.此外，三维扫描仪可以包括用于发射光的光投影仪，并且从光投影仪发射的光可以直接照射到图案板而不穿过另一元件。
26.此外，当图案板被移动至少一次时，相机可以被操作至少一次。
27.此外，当设置在三维扫描仪中的尖端壳体被移除的同时将三维扫描仪插入托架主体中时，用于执行校准的图案板的初始位置可以根据相机和尖端壳体内的光学构件之间的距离而不同地配置。
28.本公开的用于三维扫描仪的校准托架的控制方法的实施例可以包括：扫描仪检测
操作，检测三维扫描仪到托架主体中的插入；光检测操作，检测由三维扫描仪操作发射的光；和校准执行操作，当通过光检测操作检测到光时，通过操作图案板来执行校准，其中所述图案板相对于所述托架主体内的光轴旋转的同时线性移动，其中，在校准执行操作期间，通过在托架主体的内部设置的扫描位置检测单元将图案板的位置信息提供给控制器。
29.在校准执行操作中，当插入三维扫描仪后通过光检测操作检测到光时，图案板可以恢复到用于执行校准的初始位置。
30.根据本公开实施例的用于三维扫描仪的校准托架及其控制方法，可以实现以下各种效果。
31.首先，通过从三维扫描仪移除尖端外壳，然后通过校准托架进行校准，可以防止由于异物和光学构件而导致的校准精度下降。
32.其次，可以通过将图案板配置为进行旋转和线性往复移动，同时保持三维扫描仪的光学构件和待测量物体之间的相应光轴路径，来提高校准可靠性。
33.第三，当三维扫描仪插入并安置在托架主体中时，图案板可以自动地线性往复移动和/或旋转，从而提高用户的便利性。
34.第四，可以使用通过在托架主体内设置的图案板的从初始位置到完成位置的单个过程获取的多个点的数据来完成校准，从而大大减少校准过程所需的时间。
附图说明
35.图1是示出应用于根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架的三维扫描仪的示例的立体图；
36.图2是图1的三维扫描仪的分解立体图；
37.图3是根据本公开实施例的用于三维扫描仪的校准托架的使用状态图；
38.图4a和图4b是根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架在从图3的配置拆卸三维扫描仪的状态下沿一个方向和沿另一个方向的立体图；
39.图5和图6分别是图4a和图4b的分解立体图；
40.图7是示出了移除托架主体的状态下的图3的配置的内部的投影立体图；
41.图8是示出图5的配置的图案移动单元的立体图；
42.图9a和图9b是示出图8的图案移动单元的分解立体图；
43.图10a和图10b是示出根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架的操作之前和之后的图案板的移动状态的剖面图；
44.图11a和图11b是示出图8的图案移动单元的操作之前和之后的状态的剖面图；
45.图12a和图12b是图11a和图11b的图案移动单元的剖面立体图；
46.图13是示出根据本公开的另一实施例的用于三维扫描仪的校准托架的剖面图；
47.图14是图13的校准托架的剖面立体图；和
48.图15示出了显示根据本公开的实施例的用于三维扫描仪的校准托架的线性往复移动设计的示例的剖面立体图。
附图说明
50.1：3三维扫描仪、18：连接块、100：校准托架、110：托架主体、111：扫描仪插入孔、
150：主印刷电路板、160：显示印刷电路板、169：照度传感器、170：扫描位置检测单元、180：电机印刷电路板、190：安装传感器、200：图案移动单元、210：驱动电机、211：旋转轴、220：中心块、225：旋转轴承、230：固定块、235：引导构件、240：传动块、241：耦接端、245：旋转叶片、250：安装块、255：图案板、260：移动块、269：照度传感器
具体实施方式
51.在下文中，将参考附图详细描述根据本公开实施例的用于三维扫描仪的校准托架及其控制方法。
52.在为每个附图的元件指定附图标记时，应该注意的是，即使元件显示在不同的附图上，相同的元件也尽可能具有相同的附图标记。此外，在描述本公开的实施例时，如果确定对相关的已知配置或功能的详细描述妨碍了对本公开实施例的理解，则将省略其详细描述。
53.在描述本公开的实施例的元件时，可以使用例如第一、第二、a、b、(a)和(b)之类的术语。这些术语仅用于将元件与其他元件区分开来，并且相应元件的性质、顺序或次序不受该术语的限制。此外，除非另有定义，否则本文中使用的所有术语，包括技术术语或科学术语，具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。例如在常用词典中定义的术语应被解释为具有与相关技术上下文中的含义相同的含义，并且除非在本技术中明确定义，否则不应以理想或过于正式的含义来解释这些术语。
54.图1是示出应用于根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架的三维扫描仪的示例的立体图，并且图2是图1的三维扫描仪的分解立体图。
55.首先，将通过以下参考附图详细描述作为应用于根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架100的三维扫描仪1的示例。
56.如图1和图2所示，根据本公开的实施例的应用于三维扫描仪的校准托架的三维扫描仪1可以包括主体壳体10和能够耦接到主体壳体10的尖端壳体14。
57.相机20可以布置在主体壳体10的内。尖端壳体14可以包括敞开的开口部16使得图像以光的形式经由开口的一端引入到内部。开口部16可以是外部光通过其引入到尖端壳体14内的入口。通过开口部16入射的光可以透射穿过相机20。透射穿过相机20的光可以通过设置在稍后描述的成像板31a和32a上的成像传感器31b和32b来捕获图像。
58.尽管没有具体示出，但相机20可以包括能够调节图像焦点的至少两个透射透镜。
59.为此，根据本公开的三维扫描仪1的示例还可以包括成像板31a和32a，该成像板31a和32a具有分别对透射穿过相机20的光进行成像的成像传感器31b和32b。此外，根据本公开的三维扫描仪1的示例，尽管在图中未示出，但是可以还包括相机控制板和扫描控制板，在相机控制板上安装有用于控制相机20操作的电气部件，在扫描控制板上安装有用于处理扫描图像的电气部件。
60.如图1和图2所示，主体壳体10可以用于提供预定空间，以允许例如相机20、成像板31a和32a、相机控制板(未示出)和扫描控制板(未示出)等多个电气部件安装在其中。
61.更具体地，如图2所示，主体壳体10可以包括下壳体12和上壳体13，在下壳体12中形成有多个电气部件嵌入的预定空间，上壳体13设置在下壳体12的上侧并且可拆卸地耦接下壳体12以覆盖上述元件。通过开口部16入射到主体壳体10内的光可以指示入射光，并且
通过开口部16从主体壳体10的内部发射的光可以是发射光，并且可以指示从稍后描述的光投影仪70发射的照射光。
62.尖端壳体14的内部结构可以形成为一种导光结构，通过该导光结构入射光和出射光容易地发射到主体壳体10的内部和外部。此外，开口部16可以在与尖端壳体14的纵向方向正交的一个方向上形成为是敞开的，并且稍后将描述的光学构件60可以布置在开口部16中。
63.连接块18可以进一步设置在主体壳体10的前端和尖端壳体14的后端之间，如图2所示。连接块18可以插入并放置在稍后描述的托架主体中，并且因此可以起到稳定执行校准的作用。
64.如图2所示，根据本公开的三维扫描仪1的实施例还可以包括光投影仪70，该光投影仪70布置在主体壳体10内并且通过形成在尖端壳体14的一端的开口部16发射出射光。
65.从光投影仪70发射的出射光可以经由尖端壳体14的光学构件60折射并发射到待测量的物体上，同时从待测量物体反射的出射光可以以入射光的形式通过尖端壳体14的光学构件60入射，并且可以穿过设置在主体壳体10内的相机20以通过成像板31a和32a的成像传感器31b和32b而被图像处理。设置在尖端壳体14中的光学构件60可以设置有棱镜或反射镜。
66.图3是根据本公开实施例的用于三维扫描仪的校准托架的使用状态图。图4a和图4b是根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架在从图3的配置拆卸三维扫描仪的状态下沿一个方向和沿另一个方向的立体图。图5和图6分别是图4a和图4b的分解立体图。图7是示出了移除托架主体的状态下的图3的配置的内部的投影立体图。
67.根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架100的实施例涉及参考图1和图2描述的用于三维扫描仪1的校准托架100。作为示例，上述三维扫描仪1被描述为能够扫描患者口腔的口腔扫描仪，但是在本实施例中由校准托架100校准的三维扫描仪1不一定必须是口腔扫描仪，并且可以应用于所有已知的手持扫描仪。
68.根据一个示例的三维扫描仪1可以通过设置在尖端壳体(参见图2的附图标记14)内部的光学构件(参见图2中的附图标记60)执行扫描。更具体地，根据一个示例的三维扫描仪1可以具有插入到患者口腔中的尖端壳体14上的光学构件60。光学构件用于容易地扫描患者狭窄口腔的内部。然而，当使用三维扫描仪1扫描患者口腔时，如果诸如患者口腔中的湿气之类的异物粘附到光学构件60，则可能无法执行精确的校准。因此，在根据本公开的校准托架100的实施例中，为了防止光学构件60的负面影响，可以在包括光学构件60在内的尖端壳体14与三维扫描仪1分离的同时执行三维扫描仪1的校准。
69.如图3至图7所示，根据本公开的校准托架100的实施例可以包括：托架主体110，托架主体110具有扫描仪插入孔111，当移除尖端壳体14时，三维扫描仪1的前端插入并安置在扫描仪插入孔中；校准图案板255(以下简称为“图案板”)，其布置在托架主体110内以扫描校准三维扫描仪1；以及图案移动单元200，用于当三维扫描仪1耦接托架主体110时，在托架主体110内以轴向旋转移动或轴向移动中的至少一种来自动移动图案板255。当三维扫描仪1插入托架主体110中时，图案板255可以被布置为面向在三维扫描仪1内设置的相机20。此外，图案板255移动的轴向方向可以被定义为稍后描述的三维扫描仪1的纵向方向。
70.托架主体110的下表面可以形成为平坦的，以便更稳定地被支撑和安放在执行校
准的书桌或桌子上。此外，托架主体110的下表面的面积可以形成为相对大于其上表面的面积，但不限于此。托架主体110的上表面和下表面可形成为整体上具有圆形边缘。
71.此外，从三维扫描仪1的光投影仪(参见图2中的附图标记70)发射的出射光和入射光的照射路径可以设置在托架主体110内，特别是，出射光和入射光的照射路径可以以暗室的形式提供，以防止照射路径受到外部光的影响。当三维扫描仪1的前端插入到扫描仪插入孔111中时，托架主体110的内部可以形成暗室，并且当三维扫描仪1的光投影仪70被操作以执行校准时，只有从光投影仪70发射的出射光和以从图案板255反射的反射光的形式的入射光可以存在于托架主体110内。因此，优选的是，当插入三维扫描仪1时，扫描仪插入孔111具有能够阻挡外部光进入托架主体110内的尺寸。
72.同时，如图5所示，托架主体110可以包括主印刷电路板150，该主印刷电路板150配置托架主体的下表面并且以如上所述暗室形式遮蔽托架主体110内部。
73.在主印刷电路板150中，可以安装并布置例如稍后将描述的扫描位置检测单元和安装传感器190之类的元件，并且可以打印并形成用于供应外部电力的馈电线(未示出)。然而，托架主体110的下表面不一定必须以与上述主印刷电路板(printed circuit board，pcb)150相同的pcb形式提供，并且也可以以各种其他形式提供，只要可以向每个元件170或190供电即可。
74.此外，尽管在附图中未示出，但用于控制稍后描述的图案移动单元200的元件中的驱动电机210的操作的控制器(未示出)可以以micom的形式安装和布置在主印刷电路板150上。
75.此外，如图5所示，用于操作控制和提供电源的稍后描述的图案移动单元200的元件中的驱动电机210的电机pcb 180可以以子pcb的形式设置在托架主体110内。能够通过有线连接提供外部电源的外部电源连接器185和用于与稍后描述的显示pcb 160进行电源连接的内部电源连接器181可以安装并布置在电机pcb 180上。
76.此外，如图5所示，根据本公开实施例的用于显示校准托架100的操作状态的显示pcb 160还可以包括在托架主体110内。
77.显示pcb 160可以被设置为与托架主体110的内上表面紧密接触，电源接通/断开指示灯163a和操作状态指示灯163b可以以led的形式设置在显示pcb 160的上表面上，并且如上所述，用于与设置在电机pcb 180的一侧上的内部电源连接器181有线连接的电源连接器161可以设置在显示pcb 160的边缘的一侧上。
78.如图5至图7所示，电源接通/断开指示器孔113a和操作状态指示器孔113b可以形成在托架主体110的上表面上，从电源接通/断开指示灯163a和操作状态指示灯163b发射的光通过该电源接通/断开指示器孔113a以及操作状态指示器孔113b透射到外部。
79.如图7所示，安装并布置在显示pcb 160上的操作状态指示灯163b可以通过由透明材料制成的光导165通过操作状态指示孔113b向外部发射光。
80.如图4a、4b和图6所示，在纵向方向上的托架主体110的一端形成的扫描仪插入孔111可以形成为在移除尖端壳体14的状态下设置在三维扫描仪1的前端处的连接块18能够被插入和安置的形状。当三维扫描仪1的尖端壳体14被移除时，连接块18可以被暴露以从主体壳体10的前端突出预定长度。扫描仪插入孔111可以形成为从主体壳体10的前端突出的连接块18能够容纳在其中的形状。
81.此外，尽管在附图中未示出，但是用于配置连接块18的插入位置的插入配置突起可以形成为从扫描仪插入孔111突出。插入配置突起可以在扫描仪插入孔111内以肋的形式突出并且可以具有任何形状，并且还可以形成能够防止三维扫描仪1的连接块18在插入扫描仪插入孔11中时移动的结构。
82.被构造成与在扫描仪插入孔111中形成的插入配置突起相匹配的插入配置槽(未示出)可以形成在配备有连接块18的三维扫描仪1的主体壳体10的前端。更具体地，插入配置槽可以形成在三维扫描仪1的主体壳体10的下壳体12的前端的下侧上，但不一定限于此。
83.当在主体壳体10前端处形成的插入配置槽和在扫描仪插入孔处形成的插入配置突起相互匹配时，三维扫描仪1可以耦接至校准托架。因此，执行校准的用户可以识别在三维扫描仪1中设置的插入配置槽和在本实施例的校准托架100中形成的插入配置突起的位置，并且可以将三维扫描仪1的连接块18耦接到正确的位置。
84.特别是根据本公开实施例的校准托架100的托架主体110可以水平地设置在准备用于执行校准的书桌或桌子的上表面上，并且当三维扫描仪1在水平方向上移动并插入到水平布置的托架主体110的扫描仪插入孔111中时，三维扫描仪1的下表面可以在由书桌或桌子的上表面支撑的同时保持水平状态。
85.为此，当三维扫描仪1插入扫描仪插入孔111中时，扫描仪插入孔111可以被定位在与三维扫描仪1的底部和托架主体110的底部相同的地面(ground)，并且三维扫描仪1和托架主体110可以被配置为能够保持水平状态的高度。以这种方式，由于托架主体110的下端和插入并安置在其中的三维扫描仪1的下端处于相同的地面，因此三维扫描仪1可以被水平地支撑，从而在校准过程中稳定地保持光轴。通过三维扫描仪1的稳定找平(leveling)来维持光轴可以提高校准的可靠性。
86.如图5至图7所示，用于检测三维扫描仪1的插入和安置的安装传感器190可以设置在托架主体110内。
87.当通过扫描仪插入孔111插入的三维扫描仪1的连接块18与安装传感器190接触时，可以切换电信号。为此，优选的是，安装传感器190安装在托架主体110内与扫描仪插入孔111相邻的部位中。根据示例的安装传感器190可以以轻触开关(tact switch)的形式提供，但不一定限于此。
88.当通过安装传感器190检测到三维扫描仪1的插入和安置时，控制器可以准备校准托架100用于操作(待机)，并且可以操作显示pcb 160的电源接通/断开指示灯163a，以向外部显示三维扫描仪1稳定插入和安置的完成。
89.此外，参考图7，用于检测预定光的照度传感器169还可以设置在托架主体110内。当三维扫描仪1被操作并且从光投影仪70发射预定光(即，“出射光”)到托架主体110的内部空间时，照度传感器169可以检测该光。照度传感器169可以检测光，并且因此可以向控制器通知驱动电机210在稍后描述的图案移动单元200的配置中可操作的时间点。
90.更具体地，当安装传感器190检测到三维扫描仪1的前端插入并安置在托架主体110的扫描仪插入孔111中时，可以不立即执行校准，并且如果照度传感器169识别出由于三维扫描仪1的操作而从光投影仪70发射了预定光，则图案板255可以恢复到用于校准的初始位置，从而为校准做准备。
91.照度传感器169可以安装在显示pcb 160的下表面上，以更准确地测量托架主体
110的内部空间中的光，但不限于此。
92.此外，如图5至图7所示，被配置为检测图案板255的位置的扫描位置检测单元还可以设置在托架主体110内。扫描位置检测单元可以检测与图案板255耦接的安装块250的位置，并且因此可以提供信息，使得控制器可以在校准被执行时计算所需的距离值和旋转角度值。此外，扫描位置检测单元可以识别当执行校准时图案移动单元200是否恢复到初始位置。
93.执行该功能的扫描位置检测单元可以包括例如光传感器单元和霍尔传感器单元(hall sensor unit)，但不限于此。
94.例如，当扫描位置检测单元是光传感器单元时，如图7所示，光传感器单元可以包括：光传感器170，其固定到托架主体110的底表面；和检测引线175，该检测引线175通过耦接至移动块260或安装块250而旋转或线性移动，其中图案板255耦接至该移动块260或安装块250。
95.检测引线175可以耦接至稍后描述的图案移动单元200的元件中的安装块250或移动块260的前边缘，并且因此可以在安装块250和移动块260轴向旋转和/或沿轴向线性移动时互锁并一起移动。当检测引线175移动并插入光传感器170之间时，光传感器170可以检测该检测引线175，可以检测与检测引线175耦接的移动块260和安装块250的位置，并且可以检测耦接到安装块250的图案板255的位置。控制器可以通过从光传感器单元获取的信息来获得图案移动单元200或图案板255与光传感器170之间的分离距离和旋转角度值。
96.作为另一示例，当扫描检测单元是霍尔传感器单元时，尽管在附图中未示出，但是霍尔传感器单元可以包括固定到托架主体110的霍尔传感器(未示出)和与图案板255协同旋转和线性移动的检测磁体(未示出)。
97.检测磁体是通过磁性与霍尔传感器相互作用的元件。检测磁体可以设置在稍后描述的图案移动单元200元件中的安装块250或移动块260的前边缘上，并且当安装块250和移动块260沿轴向旋转和/或沿轴向线性移动时，检测磁体可以彼此协同移动。当检测磁体移动并且被霍尔传感器检测时，霍尔传感器可以检测该检测磁体的位置并且可以检测耦接到安装块250的图案板255的位置。控制器可以被配置为通过从霍尔传感器单元获得的信息来相对地测量图案移动单元200或图案板255与霍尔传感器之间的旋转角度值和分离距离。
98.当三维扫描仪1插入并安置在托架主体110中，然后通过照度传感器169检测三维扫描仪1的操作时，扫描位置检测单元可以识别图案移动单元200的被检测位置(detected position)(更具体地，图案板255的当前位置和旋转角度状态)，并且如果位置不在用于校准的初始位置，则可以呈现用于恢复到初始位置的参考值。
99.图案移动单元200可以设置为在如上所述构造的托架主体110内部沿水平方向移动。在下文中，“水平方向”可以被定义为指示平行于其上安装有托架主体110的桌子的上表面的方向，并且可以被解释为包括托架主体110的纵向方向和三维扫描仪1的纵向方向。
100.图案移动单元200可以被设置为能够轴向地旋转和在轴向方向上往复移动，该轴向方向是三维扫描仪前端被插入并安置的水平方向(即，托架主体110的纵向方向)，并且因此图案移动单元200可以自动地移动图案板255以能够执行校准。图案移动单元2200可以同时轴向旋转和轴向移动图案板255，并且在图案板255移动的同时，保持图案板255与从三维扫描仪1发射到图案板255的光的光轴之间的角度。
101.图案移动单元200可以通过外部电源或内部电源来电力地被操作，该外部电源经由上述主印刷电路板150提供，该内部电源未示出但以可再充电电池的形式设置在托架主体110内。当内部电源作为可再充电电池提供在托架主体110内时，该可再充电电池可以以有线或无线方式充电。稍后将参考图8和图9a和9b来描述图案移动单元200的详细描述。
102.如图7所示，图案板255可以被印刷或设置有用于校准的预定图案255’，并且可以设置为在与图案移动单元200的旋转或线性移动协同移动时执行校准。
103.如图6所示，图案板255可以以倾斜的方式布置在稍后描述的安装块250的前表面上。为此，安装块250的前表面可以倾斜成具有预定倾斜角度。
104.基于水平方向(三维扫描仪1的纵向方向)，图案板255的倾斜角度可以被配置为是40度或更大且小于50度。这表明，当图案板255相对于水平方向正交(即90度)时，在图案板255上形成的每个图案255’在同一表面上具有相同的深度信息(或高度信息)是不利的。因此，在本公开的实施例中，图案板被设计为通过将图案板255设置为相对于水平方向倾斜预定角度来增加校准效果。
105.图8是示出图5配置的图案移动单元的立体图。图9a和图9b是示出图8的图案移动单元的分解立体图。图10a和图10b是示出根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架的操作之前和之后的图案板的移动状态的剖面图。图11a和图11b是示出图8的图案移动单元的操作之前和之后的状态的剖面图。图12a和图12b是图11a和图11b的图案移动单元的剖面立体图。
106.如图5、图6和图8至图12所示，图案移动单元200可以包括：驱动电机210，其是电动操作的并且具有旋转轴211；固定块230，其固定在托架主体110内并具有至其一侧和另一侧敞开的移动引导孔231；以及安装块250，其与图案板255耦接并且布置在固定块230的移动引导孔231中。
107.驱动电机210可以被设置为与托架主体110内部空间中的与形成扫描仪插入孔111的一端相对的另一端侧相邻固定，并且允许旋转轴211与光轴平行或重合。因此，自然地，通过驱动驱动电机210而移动的图案板255的轴向方向可以被解释为与从三维扫描仪1发射到图案板255的光的光轴重合或平行。如上所述的驱动电机210可以使用外部电源或内部电源来电力地驱动。
108.此外，如图9和图10所示，图案移动单元200可以包括传动块240，其布置在驱动电机210和安装块250之间，以将驱动电机210的旋转力传递到安装块250。
109.传动块240可以将从驱动电机210的旋转轴211传递的旋转力传递到安装块250，因此安装块250可以旋转在安装块250的接收端253的倾斜表面上以倾斜方式设置的图案板255，该图案板255通过被构造成在固定块230的移动引导孔231中旋转而以倾斜方式形成。
110.如图9和图10所示，传动块240可包括：耦接端241，其轴向地耦接至驱动电机210的旋转轴211；和旋转叶片245，其设置在耦接端241的前端处并插入旋转干涉孔251中，该旋转干涉孔251通过安装块250形成以引起旋转干涉。
111.当假定耦接端241形成为具有圆形竖直截面时，旋转叶片245可以形成为比耦接端241的外周表面进一步延伸到一侧和/或另一侧的叶片形状。当传动块240如上所述通过旋转叶片245旋转时，与安装块250的干涉可能导致安装块250与驱动电机210的旋转轴211协同旋转。
112.形成在安装块250中的旋转干涉孔251，和传动块240的旋转叶片245可以具有彼此对应的垂直截面。此外，形成在安装块250中的旋转干涉孔251可以形成为在旋转方向上干涉旋转叶片245并且在水平方向上不干涉旋转叶片245的形状。
113.以这种方式，旋转干涉孔251可以形成为具有与旋转叶片245相对应的垂直横截面，并且可以具有在水平方向(即，轴向方向)上彼此不干涉的结构，因此安装块250可以通过稍后描述的移动块260在轴向方向上往复移动。
114.此外，优选地，旋转干涉孔251形成为使得从旋转叶片245的前端在水平方向上形成的深度至少大于或等于安装块250的水平可移动距离。这是为了通过将旋转干涉孔251在水平方向上的深度形成为至少大于可移动距离来防止图案板255的可移动距离受到安装块250和传动块240的干涉而被限制。
115.如图9所示，在驱动电机210中，旋转轴211可以通过中心块220而稳定地被支撑，该中心块220设置为被支撑在托架主体110的内表面上，并且传动块240可以轴向地固定到驱动电机210的旋转轴211的前端。驱动电机210的旋转轴211可以轴向地旋转并由插入中心块220的通孔221内的旋转轴承225支撑。
116.如图9所示，图案移动单元200还可以包括移动块260，移动块260被设置为与安装块250互锁，并且通过与固定块230的干涉而在水平方向上线性移动安装块250。
117.如图9至图12所示，移动块260起到使图案板255在水平方向(轴向方向)上往复移动的作用，同时和与图案板255耦接的安装块250协同旋转。
118.为此，移动块260可以在移动引导孔231内旋转并线性移动，并且可以在移动块260的外周表面上形成旋转引导槽263，突出至固定块230的移动引导孔231中的引导构件235的前端与该旋转引导槽263接合。
119.旋转引导槽263可以形成在移动块260的外周表面上，并且可以被加工成带有具有预定节距间隔的螺旋形状的槽，使得移动块260执行至少三次旋转。
120.引导构件235可以设置成一对，以基于固定块230的移动引导孔231的中心以180度的间隔彼此隔开，但是数量和间隔不限于此。每个引导构件235的一端可以插入到设置为螺旋形状的旋转引导槽263中。
121.安装块250可以设置成与移动块260进行互锁旋转并在水平方向上往复线性移动，并且固定到固定块230的引导构件235可以设置成与在旋转的移动块260的外周表面上形成的旋转引导槽263相接合。因此，可以根据移动块260的旋转量来确定图案板255的线性移动距离。
122.然而，引导构件235不必突出到固定块230中，并且旋转引导槽263设置在移动块260的外周表面上。也就是说，如上所述，如果图案板255能够根据移动块260的旋转量在水平方向上线性移动，则也可以采用与其相反的结构。
123.更具体地，尽管在附图中未示出，但是引导构件与之接合的旋转引导槽可以形成在移动引导孔231的内周表面上，并且引导构件可以设置在移动块260的外周表面上。
124.此外，引导构件235可以是部分插入到旋转引导槽263中的引导螺栓。然而，引导构件235可以不必设置为引导螺栓，并且引导构件235可以是每个都安装有轴承球的球柱塞(ball plunger)。当设置有球柱塞时，引导构件235具有最小化由于移动块260的旋转而产生的摩擦力的优点。
125.图13是示出根据本公开的另一实施例的用于三维扫描仪的校准托架的剖面图。图14是图13的校准托架的剖面的立体图。
126.根据参照图5至图10描述的本公开的实施例的用于三维扫描仪的校准托架被提供为使得传动块240直接连接到驱动电机210的旋转轴211以具有相同的轴线，从而将驱动电机210的旋转力通过传动块240直接传递到安装块250。
127.然而，传动块240不一定需要直接连接到驱动电机210的旋转轴211。也就是说，如图13和图14所示，也可以在带驱动传动方法中将驱动电机210的旋转驱动力传递到传动块240。
128.更具体地，驱动皮带轮211a可以被设置为直接连接到驱动电机210的旋转轴211。传动块240可以与驱动电机210的旋转轴211平行设置，以在托架主体110的宽度方向上彼此间隔开，并且驱动皮带轮211a可以包括在传动块的前端处具有相同轴线的从动皮带轮211b。驱动电机210的旋转驱动力可以通过围绕驱动皮带轮211a和从动皮带轮211b缠绕的传送带211c传递。
129.使用如上所述配置的根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架100的三维扫描仪1的校准控制方法的实施例简要描述如下。
130.根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架的控制方法可以包括：扫描仪检测操作，通过设置于托架主体110内的安装传感器190检测三维扫描仪1到托架主体内的插入和安置；光检测操作，通过照度传感器169检测当三维扫描仪插入托架主体110内之后通过三维扫描仪的光投影仪70的操作而发射的光；以及校准执行操作，当通过光检测操作检测到光时通过操作图案板255来执行校准，其中图案板255相对于托架主体110内的光轴旋转的同时线性移动。
131.更具体地，如图10a至图12b所示，当三维扫描仪1在水平方向上插入并安置在托架主体110的扫描仪插入孔111中时，三维扫描仪1的插入和安置可以由安装传感器190检测(扫描仪检测操作)，并且根据本公开的实施例的校准托架100可以切换到用于执行校准的准备状态(待机)。
132.接下来，当操作三维扫描仪1并且经由照度传感器169识别从三维扫描仪1的光投影仪170发射到托架主体110的内部空间中的预定光时(光检测操作)，操作功率被施加至驱动电机210，并且当由扫描位置检测单元检测到的图案板255的位置不是初始校准位置时，驱动电机210旋转和线性移动安装块250和移动块260到初始位置。
133.当图案板255移动到初始校准位置时，可以控制驱动电机210的操作以执行校准，因此当驱动电机110的旋转轴111在一个方向上旋转时，安装块250和移动块260通过传动块240互锁并旋转，并且通过固定块230的引导构件235和移动块260的旋转引导槽263的相互接合，耦接到安装块250的图案板255可以在水平方向上旋转和线性移动(校准执行操作)。
134.驱动电机210可以是步进电机。驱动电机210可以在每次存在脉冲时旋转预定量。当图案板255通过驱动电机210旋转预定量然后停止时，三维扫描仪1的相机20可以操作以获得校准数据。图案板255的旋转和停止操作可以从用于校准的初始位置到最终位置重复几次(例如，总共9次)，并且三维扫描仪1的相机20也可以重复几次操作(例如，一共9次)以获得校准数据。
135.此外，本公开的校准托架的实施例可以使用扫描位置检测单元获得关于图案板
255的位置和旋转角度的信息，并且可以使用控制器获得多个点的连续结果值(数据)，从而提供执行更精确和可靠的校准的优点。可以基于在单次校准过程期间获取的多个点的数据来执行校准，在该单次校准过程中，图案板255从初始位置被操作并旋转和线性移动到最终位置，从而提供了大大减少校准过程所需时间的优点。
136.图15示出了显示根据本公开的实施例的用于三维扫描仪的校准托架的线性往复移动设计的示例的立体图和剖面图。
137.如上所述，在根据本公开的实施例的使用三维扫描仪的校准托架来执行校准的三维扫描仪1中，在移除尖端壳体14的同时，将主体壳体10的前端插入到扫描仪插入孔111中，然后执行校准。尖端壳体14可以制造成具有各种长度的各种规格，并且期望不同地配置图案板255的初始位置以进行校准。也就是说，当移除在三维扫描仪1中设置的尖端壳体14的同时将三维扫描仪插入托架主体110中时，考虑到尖端壳体14以具有各种长度的各种规格制造，用于执行校准的图案板255的初始位置可以根据相机20和尖端壳体14内的光学构件60之间的距离而不同地配置。
138.更具体地，参考图15的上图，相机20和尖端壳体14中的光学构件60之间的距离可以定义为“a”，光学构件60和待测量物体之间的距离可定义为“b”。扫描误差距离(c)可以基于光学构件60和待测量物体之间的距离(b)来配置。
139.因此在使用根据本公开实施例的用于三维扫描仪的校准托架进行校准时，期望将相机20和图案板255之间的距离(d)配置在光学构件60和待测量物体之间的距离(b)和扫描误差距离的一半(c/2)之和范围内，同时包括相机20和光学构件60之间的距离(a)。换言之，相机20和图案板255之间的距离(d)可以与相机20和光学构件60之间的距离(a)一样小，并且可以与相机20和光学部件60之间的间距(a)、光学构件60和待测量物体之间的距离(b)以及扫描误差距离的一半(c/2)之和一样大。因此，在执行校准时，可以考虑最小距离和最大距离来配置图案板255的初始位置和最终位置。此外，用于执行校准的图案板255的移动区域可以在初始位置和最终位置之间。
140.如上所述，有必要将用于执行校准的图案板255的初始位置配置为根据以各种规格提供的相机20和尖端壳体14的光学构件60之间的距离(a)而不同。
141.例如，假设制造具有95mm距离(a)的长度的第一尖端壳体14和具有100mm的距离(a)的长度第二尖端壳体14，可以使用本公开的校准托架来校准应用了第一尖端壳体14的三维扫描仪1和应用了第二尖端壳体14。为了对应用了第一尖端壳体14的三维扫描仪1进行校准，图案板255的初始位置可以被配置为使得在应用第一尖端壳体14的情况下图案板255和相机20之间的距离比在应用第二尖端壳体14情况下图案板255和相机20之间的距离更近。
142.相反地，为了执行应用第二尖端壳体14的三维扫描仪1的校准，图案板的初始位置可以被配置为使得在应用第二尖端壳体14的情况下图案板255和相机20之间的距离比在应用第一尖端壳体14情况下图案板255和相机20之间的距离更远。
143.在上文中，已经参考附图详细描述了根据本公开的用于三维扫描仪的校准托架的实施例。然而，本公开的实施例不一定限于上述实施例，并且应当理解，本公开所属技术领域的技术人员可以在等效范围内进行各种修改和实现。因此，将注意到，本公开的真实范围由所附描述的权利要求确定。
144.工业实用性
145.本公开提供了一种用于三维扫描仪的校准托架及其控制方法，其中，为了对三维扫描仪进行更精确的校准并提高用户便利性，当三维扫描仪插入并安置在校准托架中时，图案板自动地移动。

技术特征：
1.一种用于三维扫描仪的校准托架，所述校准托架包括：托架主体，包括相机的三维扫描仪的至少一部分插入到所述托架主体中；图案板，其设置在所述托架主体内以面向所述相机以扫描校准所述三维扫描仪；和图案移动单元，其被配置为当所述三维扫描仪耦接至所述托架主体时通过轴向旋转移动或轴向移动中的至少一个自动地移动所述图案板，其中所述轴向方向是所述三维扫描仪的纵向方向。2.根据权利要求1所述的校准托架，其中，所述轴线与从所述三维扫描仪发射到所述图案板的光的光轴重合或平行。3.根据权利要求1所述的校准托架，其中，所述图案移动单元使所述图案板同时进行轴向旋转移动和轴向移动，并且其中，在所述图案板移动的同时，保持所述图案板与从所述三维扫描仪发射到所述图案板的光的光轴之间的角度。4.根据权利要求1所述的校准托架，其中，所述三维扫描仪插入其中的扫描仪插入孔形成在所述托架主体中，并且其中，所述扫描仪插入孔被配置为处于与水平插入的所述三维扫描仪的底部和所述托架主体的底部位于相同地面的高度。5.根据权利要求1所述的校准托架，其中，所述三维扫描仪插入其中的扫描仪插入孔形成为穿过所述托架主体，并且其中，所述扫描仪插入孔具有这样的尺寸，使得当所述三维扫描仪已经插入到所述扫描仪插孔中时外部的光被阻挡进入所述托架主体内。6.根据权利要求1所述的校准托架，其中，所述图案移动单元由无线充电或有线充电的内部电源进行电力操作。7.根据权利要求1所述的校准托架，其中，所述托架主体包括以下中的至少一个：安装传感器，其被配置为检测所述三维扫描仪的插入和安置；或扫描位置检测单元，其被配置为检测所述图案板的位置。8.根据权利要求1所述的校准托架，其中，被配置为检测光的照度传感器设置在所述托架主体内，并且其中所述照度传感器检测从所述三维扫描仪发射到所述图案板的光。9.根据权利要求1所述的校准托架，其中，所述图案移动单元包括：驱动电机，其是电力操作的并且具有旋转轴；固定块，其固定在所述托架主体内并且具有在其中形成水平开口的移动引导孔；和安装块，其具有耦接至其的所述图案板并且设置在所述固定块内的移动引导孔中，以及其中，所述轴向方向是所述旋转轴的轴向方向。10.根据权利要求9所述的校准托架，其中，所述图案移动单元还包括传动块，所述传动块布置在所述驱动电机和所述安装块之间以将所述驱动电机的旋转力传递到所述安装块，并且其中所述传动块包括：耦接端，其耦接至所述驱动电机的旋转轴；和
旋转叶片，其设置在所述耦接端处并且插入到在所述安装块中形成的旋转干涉孔中以引起旋转干涉。11.根据权利要求10所述的校准托架，其中，在所述安装块中形成的所述旋转干涉孔形成为在所述旋转叶片的旋转方向上干涉并且在所述旋转叶片的水平方向上不干涉的形状。12.根据权利要求10所述的校准托架，其中，所述旋转干涉孔形成为使得从所述旋转叶片在水平方向上形成的深度大于或等于所述安装块的水平可移动距离。13.根据权利要求10所述的校准托架，其中，所述传动块通过传送带接收所述驱动电机的旋转驱动力，所述传送带围绕所述驱动电机的旋转轴上的驱动皮带轮和与所述驱动电动机的旋转轴平行设置的从动皮带轮缠绕。14.根据权利要求9所述的校准托架，其中，所述图案移动单元还包括移动块，所述移动块被设置为与所述安装块互锁并且被配置为通过与所述固定块的干涉而进行旋转移动或线性移动中的至少一个来移动所述安装块。15.根据权利要求14所述的校准托架，其中，所述移动块在所述移动引导孔内移动，并且在所述移动块的外周表面或所述固定块的内周表面上形成引导构件接合在其中的旋转引导槽。16.根据权利要求1所述的校准托架，其中，所述三维扫描仪包括光投影仪，并且其中从所述光投影仪发射的光直接照射到所述图案板而不穿过另一元件。17.根据权利要求1所述的校准托架，其中，当所述图案板被移动至少一次时，所述相机被操作至少一次。18.根据权利要求1所述的校准托架，其中，当设置在所述三维扫描仪中的尖端壳体被移除的同时将所述三维扫描仪插入所述托架主体中时，用于执行校准的所述图案板的初始位置根据所述相机和所述尖端壳体内的所述光学构件之间的距离而不同地配置。19.一种用于三维扫描仪的校准托架的控制方法，所述控制方法包括：扫描仪检测操作，检测三维扫描仪到托架主体中的插入；光检测操作，检测由三维扫描仪的操作发射的光；和校准执行操作，当通过光检测操作检测到光时，通过操作图案板来执行校准，其中所述图案板相对于所述托架主体内的光轴旋转的同时线性移动，其中，在所述校准执行操作期间，通过在所述托架主体的内部设置的扫描位置检测单元将所述图案板的位置信息提供给控制器。20.根据权利要求19所述的控制方法，其中，在所述校准执行操作中，当插入所述三维扫描仪后通过所述光检测操作检测到光时，所述图案板恢复到用于执行校准的初始位置。

技术总结
本发明涉及一种用于三维扫描仪的校准托架。特别地，所述校准托架包括：托架主体，其中三维扫描仪的前端部分插入并安置在所述托架主体中；校准图案板(以下简称为“图案板”)，其设置在所述托架主体内以校准所述三维扫描仪的扫描；以及图案移动部，当所述三维扫描仪耦接至所述托架主体时，该图案移动部自动轴向旋转并轴向往复移动所述托架主体中的图案板，由此本发明提供了提高执行校准的便利性和可靠性的优点。性的优点。性的优点。


技术研发人员：李东勋 宋命愚 郑暎锡
受保护的技术使用者：株式会社美迪特
技术研发日：2022.02.15
技术公布日：2023/10/7