基於直角坐標機器人技術的掃描儀的製作方法

2023-07-06 06:22:56

專利名稱：基於直角坐標機器人技術的掃描儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及掃描儀的技術領域，特別涉及一種基於直角坐標機器人技術的掃描儀。
背景技術：
掃描儀是近幾年應用非常廣泛的一種計算機輸入設備，它可以將各種圖片、圖紙轉換成數位化的圖像數據輸入到計算機中，進行各種處理以及存儲傳輸等。掃描儀是一種光機電一體化產品，由掃描頭、控制電路和機械部件組成，採取逐行掃描，得到的數位訊號以點陣的形式保存，再使用文件編輯軟體將它編輯成標準格式的文本儲存在磁碟上。掃描儀發展的歷史雖不長，但其技術發展更新換代的速度很快，已形成各種不同類型、不同檔次的系列產品，和全面滿足不同應用領域用戶的要求，在產品類型方面已形成從小到大的完整的產品系列，形成高中低檔的全面配套。通常，將掃描幅面大於A3(297mm*420mm)的掃描儀稱為大幅面掃描儀。目前國際上比較成熟的大幅面掃描儀是AO(841mm*1189mm)幅面的彩色掃描儀，採用掃描頭固定不動，用一對滾軸靠摩擦方式傳送圖稿，對被掃描對象特別是名貴字畫會有所損傷。市面上，常見的掃描解析度只能達到400PPI，滿足不了眾多用戶的實際需求，如繪圖部門對等高線圖的解析度要求達到800PPI以上。大幅面高精度彩色掃描儀在測繪、地質、氣象和彩色電子出版等行業具有大量的應用需求，同時，在一些特殊行業，例如文物字畫數位化儲藏及考古鑑定等領域，大幅面高精度彩色掃描儀也是不可或缺的一種裝備。授權公告號為CN 101312478 B (授權公告日為2010. 9. 15)的中國發明專利公開了一種拍照式超大幅面書畫掃描儀平臺，包括承載平臺、水平導軌、垂直導軌、衡量、拍攝架、雲臺、相機燈光系統、衡量和垂直導軌分別與電機連接，電機與控制系統連接，通過計算機控制相機精確移動，得到完整的書畫掃描件，但是該實用新型的掃描的幅面小，控制的精度也不高，掃描出來的畫面的解析度也不高。

實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種掃描範圍大、掃描精度高的掃描儀。為了達到上述目的，本實用新型採用以下技術方案本實用新型基於直角坐標機器人技術的掃描儀，包括底座、控制器、以及設置在底座上的平移平臺，所述平移平臺包括X向傳動裝置、Y向傳動裝置以及支架，所述支架設置在底座上，所述Y向傳動裝置設置在支架的上端，所述X向傳動裝置設置在底座上，所述底座上還設置有字畫放置及固定平臺，所述Y向傳動裝置上設有相機固定及定位調整裝置，所述Y向傳動裝置和X向傳動裝置之間設置有數控光源系統，所述控制器控制X向傳動裝置和Y向傳動裝置的運動方向和運動速度。優選的，所述Y向傳動裝置包括第一滾珠絲槓、驅動第一滾珠絲槓運行的第一伺服電機以及第一導軌，第一滾珠絲槓與第一導軌之間通過招型材連接，第一伺服電機與第一滾珠絲槓直接連接。優選的，所述數控光源系統包括冷光源、控制電源以及光源懸吊機構，所述冷光源為可調節的自然光，由兩個條形光源組成，所述冷光源設置在Y向裝置的第一導軌上。優選的，所述相機固定及定位調整裝置包括相機、用於夾持相機並保持相機相對位置固定的相機夾具以及相機焦距調整裝置，所述相機設置在Y向傳動裝置的第一滾珠絲槓上，保證光源與相機的同步運行。優選的，所述X向傳動裝置包括雙滾珠絲槓直線模組、同步帶以及通過同步帶同時驅動雙滾珠絲槓直線模組運行的第二伺服電機，所述雙滾珠絲槓直線模組包括第二滾珠絲槓、支持軸承以及線性導軌滑塊，所述線性導軌滑塊設置在第二滾珠絲槓上。優選的，所述X向傳動裝置包括第二伺服電機、第二滾珠絲槓以及雙線性導軌，第二伺服電機安裝於第二滾珠絲槓的一端，雙線性導軌與第二滾珠絲槓平行安裝於底座的兩側。優選的，所述X向傳動裝置包括雙同步帶、雙導軌系統、以及通過雙同步帶來驅動雙導軌系統的運行的第二伺服電機。本實用新型相對於現有技術具有如下的優點及效果I、本實用新型採用非接觸性的掃描，最大掃描幅度2A0 (1700mm*1200mm)，用相機對被掃描對象進行逐一拍照方式進行掃描，形成成批的高解析度的圖像，再通過無失真圖像處理技術，形成一幅高精度可實時縮放的數位化圖像，圖像的解析度達800PPI。2、本實用新型可以用於掃描2A0的幅面，掃描精度達到800PPI，能滿足眾多用戶的實際需求，視覺處理軟體系統能夠提高良好的用戶接口，實時縮放數位化圖像，達到高精度欣賞和鑑定書畫稿的效果，可廣泛用於測繪、地質、氣象、彩色電子出版、文物字畫數位化儲藏等。

圖I是本實用新型平臺式掃描儀的結構示意圖；圖2是本實用新型龍門式掃描儀的結構示意具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限於此。實施例本實施例提供一種高精度的大幅面的掃描儀設備，該設備採用了平臺式或龍門式的總體結構，通過控制相機高精度、高穩定性的移動，對大幅面的被掃描圖稿進行逐一的拍照，形成成批的高解析度的圖像，再通過圖像拼接和處理技術，最後形成一幅高精度、高像素的圖片，在對圖片進行多次的放大後，圖像依然清晰，字畫細節特徵依然清楚。由於圖稿與掃描頭之間的相對移動是通過精密的傳動系統來保證的，與摩擦送紙相比，具有更高的定位精度和可靠性，並且非接觸性的掃描方式，也可以保證被掃描圖稿的完整性。為了保證被掃描對象的真實性，本實用新型的掃描儀採用了數控光源系統，光源為可調節的自然冷光源，真實地反應被掃描圖稿的真實狀態，同時不因為光源發熱而對被掃描對象造成不良影響。該設備可用於掃描2A0的幅面，掃描精度達到800PPI，能滿足眾多用戶的實際需求，視覺處理軟體系統能夠提高良好的用戶接口，實時縮放數位化圖像，達到高精度欣賞和鑑定書畫稿的效果，可廣泛用於測繪、地質、氣象、彩色電子出版、文物字畫數位化儲藏等。圖I為平臺式結構的基於直角坐標機器人技術的掃描儀，圖2是龍門式的結構，他們只是底座的形式不一樣，其它結構部分相同，基於直角坐標機器人技術的掃描儀，包括底座I、控制器、以及設置在底座上的平移平臺，所述平移平臺包括X向傳動裝置5、Y向傳動裝置8以及支架2，所述支架設置在底座I上，所述Y向傳動裝置設置在支架I的上端，所述X 向傳動裝置設置在底座I上，所述底座上還設置有字畫放置及固定平臺3，所述Y向傳動裝置上設有相機固定及定位調整裝置6，所述Y向傳動裝置和X向傳動裝置之間設置有數控光源系統，所述控制器控制X向傳動裝置和Y向傳動裝置的運動方向和運動速度。所述Y向傳動裝置包括第一滾珠絲槓、驅動第一滾珠絲槓運行的第一伺服電機以及第一導軌，第一滾珠絲槓與第一導軌之間通過鋁型材連接，第一伺服電機與第一滾珠絲槓直接連接。所述相機固定及定位調整裝置6包括相機、用於夾持相機並保持相機相對位置固定的相機夾具7以及相機焦距調整裝置，所述相機設置在Y向傳動裝置的第一滾珠絲槓上，保證光源與相機的同步運行。上述基於直角坐標機器人技術的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的X向傳動系統可採用三種方式來實現伺服電機通過同步帶驅動雙工業組合機器人，採用長距離、高精度、大跨度的雙絲槓運動模組驅動，所述X向傳動裝置包括雙滾珠絲槓直線模組、同步帶以及通過同步帶同時驅動雙滾珠絲槓直線模組運行的第二伺服電機，所述雙滾珠絲槓直線模組包括第二滾珠絲槓、支持軸承以及線性導軌滑塊，所述線性導軌滑塊設置在第二滾珠絲槓上。伺服電機直接驅動工業機器人，所述X向傳動裝置包括第二伺服電機、第二滾珠絲槓以及雙線性導軌，第二伺服電機安裝於第二滾珠絲槓的一端，雙線性導軌與第二滾珠絲槓平行安裝於底座的兩側。伺服電機通過雙同步帶驅動工業機器人，所述X向傳動裝置包括雙同步帶、雙導軌系統、以及通過雙同步帶來驅動雙導軌系統的運行的第二伺服電機。上述基於直角坐標機器人技術的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的字畫放置及固定系統，字畫放置平臺採用的鋼化玻璃，字畫放置平臺設有字畫、相機及拍攝校正坐標系統，固定裝置採用無損夾具。上述基於直角坐標機器人技術的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的相機固定及定位調整系統包括普通相機、相機夾具、相機焦距調整(Ζ向)。相機通過USB接口與控制器連接，相機可實現三向平移、三軸旋轉共6個自由度調節。上述基於直角坐標機器人技術的大幅面高精度掃描儀，其中，所述數控光源系統包括冷光源、控制電源以及光源懸吊機構，所述冷光源為可調節的自然光，由兩個條形光源組成，所述冷光源設置在Y向裝置的第一導軌上。上述基於直角坐標機器人技術的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的傳動系統採用伺服電機來驅動，伺服電機的控制通過插在控制器內的板卡來控制。上述基於直角坐標機器人技術的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的控制器為一般的商用桌上型電腦。本實施例基於直角坐標機器人技術的掃描儀的控制方法步驟如下SI、將待掃描對象放在字畫放置及固定平臺上，開啟掃描儀；S2、通過X向傳動裝置和Y向傳動裝置來控制相機的移動路徑，相機的移動路徑為「S，，型；S3、相機從被掃描對象的一個角開始拍照，每拍完一張照片後，相機在X向傳動裝置和Y向傳動裝置的驅動下到達下一個拍照位置，待相機停穩定後，再開始拍照工作，一次拍攝相片的大小為16. 7cm*ll. 0cm，所拍的每張圖片之間重疊區域為150個像素；·S4、待被掃描對象都被掃描拍攝後，照片通過USB線導入控制器中，經過適當的圖像處理和算法處理後，呈現出一幅完整的被掃描對象的圖片。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.基於直角坐標機器人技術的掃描儀，其特徵在於，包括底座、控制器、以及設置在底座上的平移平臺，所述平移平臺包括X向傳動裝置、Y向傳動裝置以及支架，所述支架設置在底座上，所述Y向傳動裝置設置在支架的上端，所述X向傳動裝置設置在底座上，所述底座上還設置有字畫放置及固定平臺，所述Y向傳動裝置上設有相機固定及定位調整裝置，所述Y向傳動裝置和X向傳動裝置之間設置有數控光源系統，所述控制器控制X向傳動裝置和Y向傳動裝置的運動方向和運動速度。
2.根據權利要求I所述的基於直角坐標機器人技術的掃描儀，其特徵在於，所述Y向傳動裝置包括第一滾珠絲槓、驅動第一滾珠絲槓運行的第一伺服電機以及第一導軌，第一滾珠絲槓與第一導軌之間通過鋁型材連接，第一伺服電機與第一滾珠絲槓直接連接。
3.根據權利要求I所述的基於直角坐標機器人技術的掃描儀，其特徵在於，所述數控光源系統包括冷光源、控制電源以及光源懸吊機構，所述冷光源為可調節的自然光，由兩個條形光源組成，所述冷光源設置在Y向裝置的第一導軌上。
4.根據權利要求I所述的基於直角坐標機器人技術的掃描儀，其特徵在於，所述相機固定及定位調整裝置包括相機、用於夾持相機並保持相機相對位置固定的相機夾具以及相機焦距調整裝置，所述相機設置在Y向傳動裝置的第一滾珠絲槓上，保證光源與相機的同步運行。
5.根據權利要求I所述的基於直角坐標機器人技術的掃描儀，其特徵在於，所述X向傳動裝置包括雙滾珠絲槓直線模組、同步帶以及通過同步帶同時驅動雙滾珠絲槓直線模組運行的第二伺服電機，所述雙滾珠絲槓直線模組包括第二滾珠絲槓、支持軸承以及線性導軌滑塊，所述線性導軌滑塊設置在第二滾珠絲槓上。
6.根據權利要求I所述的基於直角坐標機器人技術的掃描儀，其特徵在於，所述X向傳動裝置包括第二伺服電機、第二滾珠絲槓以及雙線性導軌，第二伺服電機安裝於第二滾珠絲槓的一端，雙線性導軌與第二滾珠絲槓平行安裝於底座的兩側。
7.根據權利要求I所述的基於直角坐標機器人技術的掃描儀，其特徵在於，所述X向傳動裝置包括雙同步帶、雙導軌系統、以及通過雙同步帶來驅動雙導軌系統的運行的第二伺服電機。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的基於直角坐標機器人技術的掃描儀,其特徵在於，所述底座為平臺式或者龍門式的結構。
專利摘要本實用新型公開了一種基於直角坐標機器人技術的掃描儀，包括底座、控制器、以及設置在底座上的平移平臺，平移平臺包括X向傳動裝置、Y向傳動裝置以及支架，支架設置在底座上，Y向傳動裝置設置在支架的上端，X向傳動裝置設置在底座上，底座上還設置有字畫放置及固定平臺，Y向傳動裝置上設有相機固定及定位調整裝置，Y向傳動裝置和X向傳動裝置之間設置有數控光源系統，控制器控制X向傳動裝置和Y向傳動裝置的運動方向和速度。本實用新型採用非接觸性的掃描，最大掃描幅度2A0，用相機對被掃描對象進行逐一拍照方式進行掃描，形成成批的高解析度的圖像，再通過無失真圖像處理技術，形成一幅高精度可實時縮放的數位化圖像，圖像的解析度達800PPI。
文檔編號H04N1/00GK202798906SQ201220464049
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者李令奇, 黃敦新, 劉洪江, 王文洪, 沙亞紅 申請人:廣州中國科學院瀋陽自動化研究所分所