專利名稱：基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及掃描儀的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀及控制方法。
背景技術(shù)：
掃描儀是近幾年應(yīng)用非常廣泛的一種計算機輸入設(shè)備，它可以將各種圖片、圖紙轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)輸入到計算機中，進行各種處理以及存儲傳輸?shù)?。掃描儀是一種光機電一體化產(chǎn)品，由掃描頭、控制電路和機械部件組成，采取逐行掃描，得到的數(shù)字信號以點陣的形式保存，再使用文件編輯軟件將它編輯成標準格式的文本儲存在磁盤上。掃描儀發(fā)展的歷史雖不長，但其技術(shù)發(fā)展更新?lián)Q代的速度很快，已形成各種不同類型、不同檔次的系列產(chǎn)品，和全面滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域用戶的要求，在產(chǎn)品類型方面已 形成從小到大的完整的產(chǎn)品系列，形成高中低檔的全面配套。通常，將掃描幅面大于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，采用掃描頭固定不動，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，常見的掃描分辨率只能達到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分辨率要求達到800PPI以上。大幅面高精度彩色掃描儀在測繪、地質(zhì)、氣象和彩色電子出版等行業(yè)具有大量的應(yīng)用需求，同時，在一些特殊行業(yè)，例如文物字畫數(shù)字化儲藏及考古鑒定等領(lǐng)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(quán)公告號為CN 101312478B (授權(quán)公告日為2010. 9. 15)的中國發(fā)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(dǎo)軌、垂直導(dǎo)軌、衡量、拍攝架、云臺、相機燈光系統(tǒng)、衡量和垂直導(dǎo)軌分別與電機連接，電機與控制系統(tǒng)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，但是該發(fā)明的掃描的幅面小，控制的精度也不高，掃描出來的畫面的分辨率也不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種掃描范圍大、掃描精度高的掃描儀。本發(fā)明的另一目的在于提供上述掃描儀的控制方法。為了達到上述第一目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，包括底座、控制器、以及設(shè)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(shè)置在底座上，所述Y向傳動裝置設(shè)置在支架的上端，所述X向傳動裝置設(shè)置在底座上，所述底座上還設(shè)置有字畫放置及固定平臺，所述Y向傳動裝置上設(shè)有相機固定及定位調(diào)整裝置，所述Y向傳動裝置和X向傳動裝置之間設(shè)置有數(shù)控光源系統(tǒng)，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(yōu)選的，所述Y向傳動裝置包括第一滾珠絲杠、驅(qū)動第一滾珠絲杠運行的第一伺服電機以及第一導(dǎo)軌，第一滾珠絲杠與第一導(dǎo)軌之間通過招型材連接，第一伺服電機與第一滾珠絲杠直接連接。優(yōu)選的，所述數(shù)控光源系統(tǒng)包括冷光源、控制電源以及光源懸吊機構(gòu)，所述冷光源為可調(diào)節(jié)的自然光，由兩個條形光源組成，所述冷光源設(shè)置在Y向裝置的第一導(dǎo)軌上。優(yōu)選的，所述相機固定及定位調(diào)整裝置包括相機、用于夾持相機并保持相機相對位置固定的相機夾具以及相機焦距調(diào)整裝置，所述相機設(shè)置在Y向傳動裝置的第一滾珠絲杠上，保證光源與相機的同步運行。優(yōu)選的，所述X向傳動裝置包括雙滾珠絲杠直線模組、同步帶以及通過同步帶同時驅(qū)動雙滾珠絲杠直線模組運行的第二伺服電機，所述雙滾珠絲杠直線模組包括第二滾珠 絲杠、支持軸承以及線性導(dǎo)軌滑塊，所述線性導(dǎo)軌滑塊設(shè)置在第二滾珠絲杠上。優(yōu)選的，所述X向傳動裝置包括第二伺服電機、第二滾珠絲杠以及雙線性導(dǎo)軌，第二伺服電機安裝于第二滾珠絲杠的一端，雙線性導(dǎo)軌與第二滾珠絲杠平行安裝于底座的兩側(cè)。優(yōu)選的，所述X向傳動裝置包括雙同步帶、雙導(dǎo)軌系統(tǒng)、以及通過雙同步帶來驅(qū)動雙導(dǎo)軌系統(tǒng)的運行的第二伺服電機。為了達到上述第二目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀的控制方法，包括下述步驟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，每拍完一張照片后，相機在X向傳動裝置和Y向傳動裝置的驅(qū)動下到達下一個拍照位置，待相機停穩(wěn)定后，再開始拍照工作；S4、待被掃描對象都被掃描拍攝后，照片通過USB線導(dǎo)入控制器中，經(jīng)過適當?shù)膱D像處理和算法處理后，呈現(xiàn)出一幅完整的被掃描對象的圖片。優(yōu)選的，步驟S3中，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(qū)域為150個像素。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果I、采用非接觸性的掃描，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，形成成批的高分辨率的圖像，再通過無失真圖像處理技術(shù)，形成一幅高精度可實時縮放的數(shù)字化圖像，圖像的分辨率達800PPI。2、本發(fā)明可以用于掃描2A0的幅面，掃描精度達到800PPI，能滿足眾多用戶的實際需求，視覺處理軟件系統(tǒng)能夠提高良好的用戶接口，實時縮放數(shù)字化圖像，達到高精度欣賞和鑒定書畫稿的效果，可廣泛用于測繪、地質(zhì)、氣象、彩色電子出版、文物字畫數(shù)字化儲藏
坐寸ο


圖I是本發(fā)明平臺式掃描儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明龍門式掃描儀的結(jié)構(gòu)示意具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例本實施例提供一種高精度的大幅面的掃描儀設(shè)備，該設(shè)備采用了平臺式或龍門式的總體結(jié)構(gòu)，通過控制相機高精度、高穩(wěn)定性的移動，對大幅面的被掃描圖稿進行逐一的拍照，形成成批的高分辨率的圖像，再通過圖像拼接和處理技術(shù)，最后形成一幅高精度、高像素的圖片，在對圖片進行多次的放大后，圖像依然清晰，字畫細節(jié)特征依然清楚。由于圖稿與掃描頭之間的相對移動是通過精密的傳動系統(tǒng)來保證的，與摩擦送紙相比，具有更高的定位精度和可靠性，并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，本發(fā)明的掃描儀采用了數(shù)控光源系統(tǒng)，光源為可調(diào)節(jié)的自然冷光源，真實地反應(yīng)被掃描圖稿的真實狀態(tài)，同時不因為光源發(fā)熱而對被掃描對象造成不良影響。該設(shè)備可用于掃描2A0的幅面，掃描精度達到800PPI，能滿足眾多用戶的實際需求，視覺處理軟件系統(tǒng)能夠提高良好的用戶接口，實時縮放數(shù)字化圖像，達到高精度欣賞和鑒定書畫稿的效果，可廣泛用于測繪、地質(zhì)、氣象、彩色電子出版、文物字畫數(shù)字化儲藏等。圖I為平臺式結(jié)構(gòu)的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，圖2是龍門式的結(jié)構(gòu)，他們只是底座的形式不一樣，其它結(jié)構(gòu)部分相同，基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，包括底座I、控制器、以及設(shè)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(shè)置在底座I上，所述Y向傳動裝置設(shè)置在支架I的上端，所述X向傳動裝置設(shè)置在底座I上，所述底座上還設(shè)置有字畫放置及固定平臺3，所述Y向傳動裝置上設(shè)有相機固定及定位調(diào)整裝置6，所述Y向傳動裝置和X向傳動裝置之間設(shè)置有數(shù)控光源系統(tǒng)，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杠、驅(qū)動第一滾珠絲杠運行的第一伺服電機以及第一導(dǎo)軌，第一滾珠絲杠與第一導(dǎo)軌之間通過鋁型材連接，第一伺服電機與第一滾珠絲杠直接連接。所述相機固定及定位調(diào)整裝置6包括相機、用于夾持相機并保持相機相對位置固定的相機夾具7以及相機焦距調(diào)整裝置，所述相機設(shè)置在Y向傳動裝置的第一滾珠絲杠上，保證光源與相機的同步運行。上述基于直角坐標機器人技術(shù)的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的X向傳動系統(tǒng)可采用三種方式來實現(xiàn)伺服電機通過同步帶驅(qū)動雙工業(yè)組合機器人，采用長距離、高精度、大跨度的雙絲杠運動模組驅(qū)動，所述X向傳動裝置包括雙滾珠絲杠直線模組、同步帶以及通過同步帶同時驅(qū)動雙滾珠絲杠直線模組運行的第二伺服電機，所述雙滾珠絲杠直線模組包括第二滾珠絲杠、支持軸承以及線性導(dǎo)軌滑塊，所述線性導(dǎo)軌滑塊設(shè)置在第二滾珠絲杠上。伺服電機直接驅(qū)動工業(yè)機器人，所述X向傳動裝置包括第二伺服電機、第二滾珠絲杠以及雙線性導(dǎo)軌，第二伺服電機安裝于第二滾珠絲杠的一端，雙線性導(dǎo)軌與第二滾珠絲杠平行安裝于底座的兩側(cè)。伺服電機通過雙同步帶驅(qū)動工業(yè)機器人，所述X向傳動裝置包括雙同步帶、雙導(dǎo)軌系統(tǒng)、以及通過雙同步帶來驅(qū)動雙導(dǎo)軌系統(tǒng)的運行的第二伺服電機。上述基于直角坐標機器人技術(shù)的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的字畫放置及固定系統(tǒng)，字畫放置平臺采用的鋼化玻璃，字畫放置平臺設(shè)有字畫、相機及拍攝校正坐標系統(tǒng)，固定裝置采用無損夾具。上述基于直角坐標機器人技術(shù)的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的相機固定及定位調(diào)整系統(tǒng)包括普通相機、相機夾具、相機焦距調(diào)整(Z向)。相機通過USB接口與控制器連接，相機可實現(xiàn)三向平移、三軸旋轉(zhuǎn)共6個自由度調(diào)節(jié)。上述基于直角坐標機器人技術(shù)的大幅面高精度掃描儀，其中，所述數(shù)控光源系統(tǒng)包括冷光源、控制電源以及光源懸吊機構(gòu)，所述冷光源為可調(diào)節(jié)的自然光，由兩個條形光源組成，所述冷光源設(shè)置在Y向裝置的第一導(dǎo)軌上。上述基于直角坐標機器人技術(shù)的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的傳動系統(tǒng)采 用伺服電機來驅(qū)動，伺服電機的控制通過插在控制器內(nèi)的板卡來控制。上述基于直角坐標機器人技術(shù)的大幅面高精度掃描儀，其中，所述的控制器為一般的商用臺式電腦。本實施例基于直角坐標機器人技術(shù)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，每拍完一張照片后，相機在X向傳動裝置和Y向傳動裝置的驅(qū)動下到達下一個拍照位置，待相機停穩(wěn)定后，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(qū)域為150個像素；S4、待被掃描對象都被掃描拍攝后，照片通過USB線導(dǎo)入控制器中，經(jīng)過適當?shù)膱D像處理和算法處理后，呈現(xiàn)出一幅完整的被掃描對象的圖片。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，其特征在于，包括底座、控制器、以及設(shè)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(shè)置在底座上，所述Y向傳動裝置設(shè)置在支架的上端，所述X向傳動裝置設(shè)置在底座上，所述底座上還設(shè)置有字畫放置及固定平臺，所述Y向傳動裝置上設(shè)有相機固定及定位調(diào)整裝置，所述Y向傳動裝置和X向傳動裝置之間設(shè)置有數(shù)控光源系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求I所述的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，其特征在于，所述Y向傳動裝置包括第一滾珠絲杠、驅(qū)動第一滾珠絲杠運行的第一伺服電機以及第一導(dǎo)軌，第一滾珠絲杠與第一導(dǎo)軌之間通過鋁型材連接，第一伺服電機與第一滾珠絲杠直接連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，其特征在于，所述數(shù)控光源系統(tǒng)包括冷光源、控制電源以及光源懸吊機構(gòu)，所述冷光源為可調(diào)節(jié)的自然光，由兩個條形光源組成，所述冷光源設(shè)置在Y向裝置的第一導(dǎo)軌上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，其特征在于，所述相機固定及定位調(diào)整裝置包括相機、用于夾持相機并保持相機相對位置固定的相機夾具以及相機焦距調(diào)整裝置，所述相機設(shè)置在Y向傳動裝置的第一滾珠絲杠上，保證光源與相機的同步運行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，其特征在于，所述X向傳動裝置包括雙滾珠絲杠直線模組、同步帶以及通過同步帶同時驅(qū)動雙滾珠絲杠直線模組運行的第二伺服電機，所述雙滾珠絲杠直線模組包括第二滾珠絲杠、支持軸承以及線性導(dǎo)軌滑塊，所述線性導(dǎo)軌滑塊設(shè)置在第二滾珠絲杠上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，其特征在于，所述X向傳動裝置包括第二伺服電機、第二滾珠絲杠以及雙線性導(dǎo)軌，第二伺服電機安裝于第二滾珠絲杠的一端，雙線性導(dǎo)軌與第二滾珠絲杠平行安裝于底座的兩側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀，其特征在于，所述X向傳動裝置包括雙同步帶、雙導(dǎo)軌系統(tǒng)、以及通過雙同步帶來驅(qū)動雙導(dǎo)軌系統(tǒng)的運行的第二伺服電機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀,其特征在于，所述底座為平臺式或者龍門式的結(jié)構(gòu)。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀的控制方法，其特征在于，包括下述步驟 51、將待掃描對象放在字畫放置及固定平臺上，開啟掃描儀； 52、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； 53、相機從被掃描對象的一個角開始拍照，每拍完一張照片后，相機在X向傳動裝置和Y向傳動裝置的驅(qū)動下到達下一個拍照位置，待相機停穩(wěn)定后，再開始拍照工作； 54、待被掃描對象都被掃描拍攝后，照片通過USB線導(dǎo)入控制器中，經(jīng)過適當?shù)膱D像處理和算法處理后，呈現(xiàn)出一幅完整的被掃描對象的圖片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀的控制方法，其特征在于，步驟S3中，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(qū)域為150個像素 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于直角坐標機器人技術(shù)的掃描儀及控制方法，包括底座、控制器、以及設(shè)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(shè)置在底座上，Y向傳動裝置設(shè)置在支架的上端，X向傳動裝置設(shè)置在底座上，底座上還設(shè)置有字畫放置及固定平臺，Y向傳動裝置上設(shè)有相機固定及定位調(diào)整裝置，Y向傳動裝置和X向傳動裝置之間設(shè)置有數(shù)控光源系統(tǒng)，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。本發(fā)明采用非接觸性的掃描，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，形成成批的高分辨率的圖像，再通過無失真圖像處理技術(shù)，形成一幅高精度可實時縮放的數(shù)字化圖像，圖像的分辨率達800PPI。
文檔編號H04N1/00GK102833450SQ20121033678
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)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(xué)院沈陽自動化研究所分所