一种3D结构光模块
技术领域
本实用新型涉及3D结构光技术领域，尤其是涉及一种3D结构光模块。
背景技术
3D结构光是一组由3D结构光模块和摄像头组成的系统结构。用3D结构光模块投射特定的光信息到物体表面后及背景后，由摄像头采集。根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。3D结构光技术通过主动发射点阵光斑来实现三维扫描，与其他三维扫描技术相比具有更高的可靠度，具有低成本、非接触、高精度、高效率等优点，广泛应用于产品设计与制造、工业测量、质量检测、医学、影视娱乐等行业。
3D结构光模块工作过程中，控制器和镜头灯都会产生大量热量，需要进行较好散热。本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有3D结构光模块由于散热效果不佳，投影分辨率不高，也不便于持续使用，从而影响了被测物体表面数据获取效果。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种3D结构光模块，以解决现有技术中存在的现有3D结构光模块散热效果不佳，投影分辨率不高，也不便于持续使用，从而影响了被测物体表面数据获取效果的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：本实用新型提供的一种3D结构光模块，包括壳体、控制器、散热组件、投影镜头、光源以及步进电机；所述散热组件能够对所述光源、控制器产生的热量进行及时散发；所述步进电机与所述投影镜头连接，并能够通过转动调节所述投影镜头的焦距。
可选地，所述散热组件与控制器、散热组件、投影镜头及光源形成两层结构；所述控制器、投影镜头和光源均位于上层；所述散热组件跨越上下两层。
可选地，所述散热组件包括导热管、散热片和散热风扇，所述导热管穿过所述壳体的内部并与所述散热片通过卡合连接、胶接或焊接方式进行固定，所述散热风扇固定在所述散热片内。
可选地，还包括与所述控制器连接用于检测所述光源的温度的温度传感器。
可选地，所述导热管为弯曲铜管；所述弯曲铜管的数量为两个，并分靠近所述控制器和光源连接。
可选地，所述壳体为金属壳体，所述散热片与所述壳体连接，所述散热片为并排的多个，并在所述壳体的内壁均匀布置。
可选地，所述步进电机与所述控制器电连接，并能够通过所述控制器控制所述步进电机的运动。
可选地，所述3D结构光模块还包括与所述控制器电连接的USB集线器；所述USB集线器的多个USB接口位于所述壳体的外部。
可选地，所述壳体上还设置有第一按键和第二按键，所述第一按键和第二按键配合用于调节所述光源的亮度以及调节所述投影镜头的焦距。
可选地，所述壳体上还设置有多个散热孔。
上述任一技术方案至少可以产生如下技术效果：本实用新型通过内部设置的散热组件进行及时散热，提高了散热效果，从而能够提高3D结构光模块功率，便于在较高投影分辨率下及较亮投影画面持续使用，从而有利于被测物体表面数据获取效果，提高了被测物体的信息采集质量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是3D结构光模块第一视角的立体图；
图2是3D结构光模块第二视角的立体图；
图3是3D结构光模块的内部侧视图；
图4是3D结构光模块的内部俯视图；
图5是3D结构光模块的内部结构立体图。
图中1、控制器；2、散热组件；21、导热管；22、散热片；3、投影镜头；4、壳体；41、上壳体；42、侧壳体；43、下壳体；44、支腿；45、散热孔；5、步进电机；6、USB集线器；7、第一按键；8、第二按键。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1-5所示，本实用新型提供了一种3D结构光模块，包括壳体4、控制器1、散热组件2、投影镜头3和光源。其中，本实用新型的投影镜头3、光源为一体结构(光源位于投影镜头3的内部，图中未标出，投影镜头3和光源在行业内统称为光机)，使得本实用新型的结构更为紧凑；当然，投影镜头3和光源也可以单独分立设置。光源、散热组件2均位于壳体4的内部，控制器1可以全部位于壳体4内部，也可以部分位于壳体4内部且有一部分在顶部表面。控制器1内包括FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片和外围电路，优选的，该FPGA芯片可以为XC6SLX9型号的可编程处理器，当然，也可以是其他系列芯片或者申请人自行设计开发的芯片，在此不做具体限制。FPGA芯片是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，便于在3D结构光模块中使用。散热组件2位于壳体4的内部能够更好发挥散热的效果。散热组件2能够对光源、控制器1产生的热量进行及时散发。3D结构光模块内有3D结构光模块电路，其电路详见本申请人同日申请的3D结构光模块电路实用新型专利。
本实用新型3D结构光模块工作过程中，投影镜头3的光源(光源发光过程中会产生热量)、控制器1(控制器1在工作过程中会产生热量)是主要热源，同时，外围电路中的电容、电感、电阻等电子元器件工作中会产生热量，散热组件2能够将光源、控制器1及电子元器件产生的热量进行及时散发。本实用新型通过专门设计的散热组件2对3D结构光模块进行及时散热，提高了散热效果，从而能够提高3D结构光模块的功率，便于在较高投影分辨率下及较亮投影画面可以持续使用，从而有利于被测物体表面数据获取效果，提高了被测物体的信息采集质量。
作为可选地实施方式，控制器、散热组件、投影镜头和光源形成两层结构；所述控制器、投影镜头和光源均位于上层；所述散热组件跨越上下两层。两层结构更加紧凑，能够相应减少3D结构光模块的体积，更便于携带，较现有散热组件2在外部单独设置也更为美观。控制器1、投影镜头3和光源均位于散热组件2的上层，散热组件2跨越上下两层能够增大散热面积，更好发挥散热作用，也便于和下壳体43进行固定连接。投影镜头3与壳体4连接，优选通过卡合、螺钉连接等连接方式将投影镜头3与壳体4进行固定。
作为可选地实施方式，如图3-5所示，散热组件2包括导热管21、散热片22和散热风扇，所述散热风扇固定在所述散热片内，导热管21穿过壳体4的内部并与散热片22连接，导热管21与散热片22连接的另一端与壳体4的内壁通过焊接、胶接等方式固定。导热管21穿过壳体4的内部能够增大接触面积，从而多吸收3D结构光模块产生的热量，更有利于进行散热。如图5所示，导热管21与散热片22通过卡合连接、胶接或焊接固定，优选通过卡合连接固定，安装方便，也便于拆卸，卡合连接时还可以在连接位置增加塑料或橡胶垫圈提高导热管21与散热片22相互之间的固定效果。
本实用新型还3D结构光模块包括与所述控制器连接用于检测所述光源的温度的温度传感器(图未示出)。该温度传感器用于实时监测光源的温度，进而通过控制器控制散热调节电路调节光源的温度，或者通过控制电路关闭电源，进而保护整个3D结构光模块不因温度过高而损坏。
同时，所述壳体为金属壳体，所述散热片22与壳体连接，导热管21与散热片22的连接位置还涂有导热硅脂，使导热管21的热量更有效地传导到散热片22上，再经散热片22散发到空气中，或者经过壳体进行散热。导热管21为弯曲铜管，铜管的导热效果好，便于将热量导出，同时弯曲结构既能够增大在壳体4内部的表面积，也使得结构更为紧凑。优选的，还可在弯曲铜管内填充水等液体，以进一步增强弯曲铜管的导热效果。如图3、图5所示，弯曲铜管的数量为两个，并分别靠近控制器1和光源，分别对控制器1和光源产生的热量进行传导。如图4-5所示，散热片22为并排的多个，散热片22优选为铝合金、黄铜或青铜做成片状结构，并在壳体4的内壁均匀布置，散热片22与下壳体43连接固定，连接方式如焊接、胶接、卡合连接等。
作为可选地实施方式，如图4所示，3D结构光模块还包括步进电机5。步进电机通过控制脉冲的个数控制转动角度，便于对转动角度进行精确控制。步进电机5通过步进电机驱动器与投影镜头3连接，控制器1(也是脉冲信号发生器)可以通过控制脉冲的个数来控制步进电机角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的，并通过现有技术的自动调焦设备来转动调节投影镜头3的焦距。步进电机5与控制器1电连接，并能够通过控制器1、步进电机驱动器和自动调焦设备控制步进电机5的运动，通过控制器1控制步进电机5的运动与现有技术相同，从而提高了对投影镜头3的焦距操作的便捷性和控制精度，便于对3D结构光模块进行快速准确调焦。
作为可选地实施方式，如图1、图3所示，3D结构光模块还包括USB集线器(即为USBHub)6，USB集线器6的接口类型优选为USB3.0，更为通用。USB集线器6的多个USB接口位于壳体4的外部，并在上壳体41进行固定，并与控制器1电连接，USB集线器6与控制器1的电连接方式为与现有技术相同。USB集线器6便于与外部设备(计算机等)连接，从而便于对3D结构光模块进行调试和操作。优选的，一个USB HUB可以是1进4出，其中的一个内部使用，其他3个留着外用，一边2个，一边1个，也可以每边都一个等，具体设置方式不在此做具体限制。
作为可选地实施方式，如图1所示，壳体4上还设置有第一按键7(KEY1)和第二按键8(KEY2)，优选的，第一按键和第二按键可以为B3FS-1002轻触开关。所述第一按键7(KEY1)和第二按键8(KEY2)配合用于调节所述光源的亮度以及调节投影镜头的焦距。第一按键7能够调节投影镜头3的亮度，第一按键7的功能与现有3D结构光模块调节亮度的按钮技术相同。第二按键8能够调节投影镜头3的焦距，第二按键8能够实现控制器1与步进电机5之间的导通，从而调节步进电机5的转动角度。具体的，光机亮度调整亮度共250级，设置亮度时需需要考虑光机的散热情况；光机焦距调节，需设置光机的焦距旋转方向(顺时针方向或逆时针方向)，每发送一次命令焦距运动固定的步长。
本实用新型3D结构光模块上电后会工作在IDLE(集成开发环境或集成开发和学习环境)状态，一共分为3个状态，IDLE模式、亮度调节模式、焦距调整模式。
(1)亮度调节：在IDLE状态，先按下KEY2，不松手。过程中按一下KEY1(点按)，然后松开KEY2，在松开KEY2的时刻进入亮度调节状态，在改状态下按KEY1加亮度，KEY2减亮度。亮度调节满意后，5秒不操作按键回到IDLE状态。KEY2按下的整个过程需要大于1秒。
(2)焦距调节：在IDLE状态，先按下KEY2，不松手。过程中按两下下KEY1(两次点按)，然后松开KEY2，在松开KEY2的时刻进入焦距调整模式，在改状态下按KEY1左转，KEY2右转。如果调节焦距时是点按，则每次步进一个脉冲，如果按下去不松手，焦距会连续调整，在操作时如果需要调整幅度大，则可以按下按键进行连续调整，调整至差不多可以松手继续点按进行精确调节。焦距调节满意后，5秒不操作按键回到IDLE状态。KEY2按下的整个过程需要大于1秒。
(3)模式调节：在IDLE状态，只按下KEY1，并保持2秒以上会切换演示模式和普通模式。并且会断电记记录当前模式。
如图1-2所示，壳体4上还设置有多个散热孔45，散热孔45在下壳体43和侧壳体42呈阵列分布，单个散热孔45为矩形孔，多个散热孔45之间均匀分布。散热孔45便于气流通过，有利于控制器1、散热组件2及投影镜头3的热量发散，更进一步提高了3D结构光模块整体的散热效果。同时，如图2、图5所示，壳体4上还设置有支腿44，便于将3D结构光模块进行平稳放置。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。
