一種三維激光掃描方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維激光掃描方法及裝置，方法包括在垂直掃描面中以掃描頭內(nèi)激光發(fā)射中心點為掃描原點建立掃描儀的三維坐標系，每次獲取激光測距時，根據(jù)掃描頭的方位角θ和頂點角Φ，計算出測距傳感器發(fā)射激光束的方位角θ和俯仰角度β，從而得到三維激光角點坐標的計算公式，裝置包括掃描頭、軸驅(qū)動單元、測距單元、電機驅(qū)動單元和嵌入式控制單元，掃描頭包括反光鏡、軸承、激光孔和機械支架；機械支架包括橫向支架、縱向支架和方位支座；軸驅(qū)動單元包括方位直驅(qū)電機、頂點直驅(qū)電機、方位驅(qū)動軸、頂點驅(qū)動軸、方位圓光柵和頂點圓光柵；激光測距單元包括一維激光測距傳感器、可調(diào)支架和連接件。本發(fā)明提高了三維掃描測量精度，減小了掃描裝置的體積，實現(xiàn)其小巧化易攜帶。
【專利說明】一種三維激光掃描方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光掃描【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種三維激光掃描方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]三維激光掃描技術(shù)是近年來發(fā)展的集光、機、電和計算機技術(shù)于一體的高新技術(shù)，能夠完整而高精度地對空間物體的外形和結(jié)構(gòu)進行三維掃描，快速獲取物體表面的空間坐標點集。目前，三維激光掃描技術(shù)的研究在許多發(fā)達國家深入展開，已經(jīng)推出不少產(chǎn)品，基本形成了產(chǎn)業(yè)化的局面，但價格昂貴，國內(nèi)也有一些科研機構(gòu)推出了自己的產(chǎn)品，大都是在已有二維激光傳感器的基礎(chǔ)上增加了一維旋轉(zhuǎn)平臺從而構(gòu)成了可以三維掃描的激光雷達裝置，例如申請?zhí)枮?01120307686.0，發(fā)明名稱為激光雷達呈三維掃描的擺動裝置；申請?zhí)枮?00710171878.1，發(fā)明名稱為大型鍛件的激光雷達在線三維測量與方法，這兩個專利申請文件中都是利用電機帶動二維激光雷達在某一水平平面轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了三維掃描，但由于二維激光雷達本身分辨率已設(shè)定好無法進行調(diào)整，若買高精度的二維激光雷達成本太高，所以整個系統(tǒng)的測量誤差主要取決于二維激光雷達的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種三維激光掃描方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)三維掃描測量精度低，掃描裝置價格昂貴的技術(shù)問題。
[0004]本發(fā)明提供了 一種三維激光掃描方法，包括下述步驟:
[0005](I)在垂直掃描面中以掃描頭內(nèi)激光發(fā)射中心點為掃描原點建立三維坐標系；具體為:沿方位軸方向建立Z軸；在水平掃描面內(nèi)穿過所述掃描原點并與所述Z軸垂直方向建立Y軸；根據(jù)右手定理在穿過掃描原點平行于水平掃描面且與所述垂直掃描面垂直方向建立X軸；
[0006](2)掃描頭繞方位軸旋轉(zhuǎn)的角度Θ和掃描頭繞頂點軸旋轉(zhuǎn)的角度Φ，其 中Θ和Φ的角度均由此公式得到:
【權(quán)利要求】
1.一種三維激光掃描方法，其特征在于，包括下述步驟: (1)在垂直掃描面中以掃描頭的激光發(fā)射中心點為掃描原點建立三維坐標系；具體包括:沿方位軸方向建立Z軸；在水平掃描面內(nèi)穿過所述掃描原點并與所述Z軸垂直方向建立Y軸；根據(jù)右手定理在穿過掃描原點平行于水平掃描面且與所述垂直掃描面垂直方向建立X軸； (2)根據(jù)圓光柵脈沖計數(shù)獲得掃描頭繞方位軸旋轉(zhuǎn)的角度Θ和掃描頭繞頂點軸旋轉(zhuǎn)的角度Φ.并根據(jù)掃描頭的頂點軸與方位軸之間的夾角α和所述掃描頭繞頂點軸

2.如權(quán)利要求1所述的三維激光掃描方法，其特征在于，掃描頭繞方位軸旋轉(zhuǎn)的角度Θ和掃描頭繞頂點軸旋轉(zhuǎn)的角度Φ均根據(jù)公式
3.—種三維激光掃描裝置，包括掃描頭(I)、軸驅(qū)動單元(2)、測距單元(3)以及與所述軸驅(qū)動單元(2)和所述測距單元(3)連接的控制模塊；其特征在于，所述掃描頭(I)包括反光鏡(11)、軸承(12)、激光孔(13)和機械支架(14);所述機械支架(14)包括橫向支架(141)、縱向支架(142)和方位支座(143)，所述反光鏡(11)和所述激光孔(13)通過所述橫向支架(141)固定在所述軸承(12)上，所述縱向支架(142)固連于所述橫向支架(141)上，所述軸承(12)與所述方位支座(143)成α角設(shè)置；所述α角小于90度； 所述軸驅(qū)動單元(2)包括方位直驅(qū)電機(21)、頂點直驅(qū)電機(22)、方位驅(qū)動軸(23)、頂點驅(qū)動軸(24)、方位圓光柵(25)和頂點圓光柵(26);所述頂點驅(qū)動軸(24)位于方位驅(qū)動軸(23)內(nèi)，兩者構(gòu)成同心軸結(jié)構(gòu)；頂點直驅(qū)電機(22)與所述頂點驅(qū)動軸(24)連接，用于驅(qū)動頂點驅(qū)動軸(24)運動；頂點圓光柵(26)與所述頂點直驅(qū)電機(22)連接，用于獲得頂點驅(qū)動軸(24)旋轉(zhuǎn)的脈沖計數(shù)個數(shù)；方位直驅(qū)電機(21)與所述方位驅(qū)動軸(23)連接，用于驅(qū)動所述方位驅(qū)動軸(23)運動；方位圓光柵(25)與所述方位直驅(qū)電機(21)連接，用于獲得方位驅(qū)動軸(23)旋轉(zhuǎn)的脈沖計數(shù)個數(shù)； 所述激光測距單元(3)包括一維激光測距傳感器(31)、可調(diào)支架(32)和連接件(33)；連接件(33)用于連接所述激光測距單元(3)與所述軸驅(qū)動單元(2);所述可調(diào)支架(32)的一端固定在所述激光測距單元(3)底部，所述可調(diào)支架(32)的另一端與一維激光測距傳感器(31)連接，通過可調(diào)支架(32)調(diào)節(jié)所述一維激光測距傳感器(31)的位置使得一維激光測距傳感器(31)發(fā)射的激光能從所述軸驅(qū)動單元(2)的軸心射出。
4.如權(quán)利要求3所述的三維激光掃描裝置，其特征在于，所述方位支座(143)為空心圓柱體結(jié)構(gòu)，中心設(shè)置有通孔，所述通孔用于使所述頂點驅(qū)動軸(24)通過。
5.如權(quán)利要求3或4所述的三維激光掃描裝置，其特征在于，所述方位驅(qū)動軸(23)和所述頂點驅(qū)動軸(24)均為空心軸，所述空心軸用于傳輸激光光束。
6.如權(quán)利要求3-5任一項所述的三維激光掃描裝置，其特征在于，所述控制模塊包括電機驅(qū)動單元(4)和嵌入式控制單元(5);所述嵌入式控制單元(5)的第一控制端與所述一維激光測距傳感器(31)連接，所述嵌入式控制單元(5)的第二控制端與電機驅(qū)動單元 (4)的輸入控制端連接，電機驅(qū)動單元⑷的輸出控制端與所述軸驅(qū)動單元⑵連接。
【文檔編號】G01B11/24GK103837095SQ201410100168
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】岳東, 肖力, 陸凱 申請人:華中科技大學(xué)