专利名称：一种船用激光扫描测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种船用激光扫描测量装置，具体涉及一种基于激光测距技术和图像
处理技术的非接触式扫描测量装置，尤其是能够实现船体分段及零部件三维尺寸检测的船 用激光扫描测量装置。
背景技术：
激光扫描测量技术是近年来发展起来的一项新兴技术，可全天候、快速、直接、高 精度地采集大范围区域的三维信息，实现测量模型的数字化。已广泛应用于城市测绘、文物 数字化保护、航天、航空、水利、制造等诸多领域。 我国船舶工业未来的发展目标之一就是提高造船效率和造船质量，迫切需要先进 的检测仪器提升造船水平。目前国内大部分船厂还在应用激光经纬仪、钢尺等原始的测量 方法对船体分段及零部件进行检测，难以满足先进造船模式的需要。虽然绝大多数先进船 厂已经引入全站仪进行船体分段的精度检测，效果较好，但是全站仪测量只能够获得船体 分段及零部件关键点的精度信息，难以获得船体分段及零部件完整的三维模型信息，且测 量效率不高。 应用快速、精确且无接触的检测方法来采集、处理船体分段及零部件的外形数据， 同时利用计算机存储、分类、管理这些三维数据，进而有效提升造船效率和造船质量，成为 数字化造船的自身要求。三维激光扫描技术能够高效地实现上述功能，是船厂检测的有效 方法。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种船用激光扫描测量装置，该装置不仅能自动化地 获得船体分段及零部件的三维模型信息，实现船体分段及零部件三维尺寸信息的数字化， 且能够分析船体分段及零部件关键点的精度，以表格的形式给出设计值与测量值的比较结 果。具有测量快捷、方便、精度高、效率高的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案 包括机械转动装置、激光测距传感器、控制部分、光路部分、相机取景装置、测控软 件以及装置底座，所述的机械转动装置包括俯仰轴电机和旋转轴电机，所述的俯仰轴电机 和旋转轴电机垂直布置，旋转轴电机设置在装置底座上并连接旋转轴圆光栅，所述的俯仰 轴电机经俯仰轴圆光栅连接扫描镜，所述的相机取景装置前端设有分光镜，所述的俯仰轴 电机、俯仰轴圆光栅、扫描镜、分光镜和相机取景装置同轴，所述的分光镜表面贴膜。
与现有技术相比本装置具有以下优点。
1、设计过程中考虑到了用户使用的方便性，因此装置设计为便携结构； 2、相机朝向与测距光束同轴，无需粗扫描，就能够通过相机准确获得被测物的信
息，使得扫描测量的范围选择更加准确； 3、本发明为全自动装置，减少了测量中人为操作所带来的误差；
4、关键点自动扫描测量方式的设计，有效提升了船厂测量效率，减少了工人外业 测量强度； 5、该装置高效地采集船体分段及零部件的三维模型信息，实现船体分段及零部件 的数字化，能够推动数字化造船的发展。
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1本发明的结构示意图； 图中1.俯仰轴电机，2.俯仰轴圆光栅，3.扫描镜，4.分光镜，5.相机，6.激光测距 传感器，7.装置底座，8.旋转轴圆光栅，9.旋转轴电机，IO.控制部分。
图2本发明关键区域扫描示意图；
图3本发明测控软件界面图；
图4本发明分析报表示意图。
具体实施例方式
包括机械转动装置、激光测距传感器6、控制部分10、光路部分、相机取景装置5、 测控软件以及装置底座7，如图1所示，所述的机械转动装置包括俯仰轴电机1和旋转轴电 机9，所述的俯仰轴电机1和旋转轴电机9垂直布置，旋转轴电机9设置在装置底座7上并 连接旋转轴圆光栅8，所述的俯仰轴电机1经俯仰轴圆光栅2连接扫描镜3，所述的相机取 景装置5前端设有分光镜4，所述的俯仰轴电机1、俯仰轴圆光栅2、扫描镜3、分光镜4和相 机取景装置5同轴，所述的分光镜4表面贴膜。
所述的激光测距传感器6为LMS30。 机械转动装置中电机驱动模块控制器采用ARM11高性能处理器，圆光栅选用雷尼 绍(Renishaw)的RESM20USA52圆光栅，读数头SR05A，采用以色列ELMO公司的WHISTLE系 列驱动器。 光路中分光镜4与激光发射方向及相机朝向各成45度夹角，905nm波长激光的反 射率与自然光的折射率均大于95% 。 本发明提供了一种船用激光扫描测量装置。如图1所示，装置底座7为该装置的 基础，确保装置安放平稳。旋转轴电机9及俯仰轴电机1的旋转带动旋转轴与俯仰轴转动。 旋转轴电机及俯仰轴电机由装置控制部分10控制旋转；旋转轴圆光栅8及俯仰轴圆光栅2 测量旋转轴及俯仰轴所转过的角度。激光测距传感器6发射激光，经分光镜4及扫描镜3 反射后照射到物体表面，经物体表面漫反射后沿原路返回激光测距传感器6。外界可见光经 扫描镜3反射及分光镜4折射后，被相机接收。
本装置还包括这样一些特征 1、器件选择中，激光测距传感器为LMS30 ;镜片材料为K9。 2、机械转动装置由相互垂直的旋转轴与俯仰轴两套轴系组成，由电机驱动模块驱 动，控制器采用ARM11高性能处理器，圆光栅选用雷尼绍(Renishaw)的RESM20USA52圆光 栅，读数头SR05A，采用以色列ELMO公司的WHISTLE系列驱动器，电机为成都906厂生产。
3、光路中分光镜与激光发射方向及相机朝向各成45度夹角，表面贴膜，905nm波长激光的反射率与自然光的折射率均大于95% 。 4、分光镜贴膜设计，使得相机朝向与激光测距传感器发射激光方向同轴。 5、操作者在软件监视窗口中选择矩形区域，装置根据该选择确定扫描范围并进行
扫描测量。 6、测控软件中导入关键点列表，并由操作者操控完成初始三个关键点坐标值的测 量，测控软件控制装置自动完成剩余关键点所在区域的扫描测量，提取关键点坐标并生成 分析报表。 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述 如图1所示，分光镜4表面贴膜，对激光测距传感器6发射的波长为905nm的激光 的反射率及相机5取景所需的可见光的透过率都超过95% 。这种设计也使得相机5所采 集图像的中心与激光测距传感器6所发射的激光光束方向重合，无论扫描镜3及装置朝向 哪个方向，操作者都能够在测控软件监视窗口中观察到激光测距传感器6发射光束所对准 处的图像，无需粗扫描，操作者就能够在测控软件界面中观察到被测物，使扫描范围的选择 更加合理、高效。扫描区域选择方法为在监视窗口中的任意一点单击鼠标右键，在弹出的 菜单中选择"扫描角点一"，在监视窗口中的另外一点再次单击鼠标右键，在弹出的菜单中 选择"扫描角点二"，则装置以此两点组成的矩形区域为扫描区域进行扫描测量。具体测量 过程为安装在该装置箱体一侧的激光测距传感器6发出一束激光，通过分光镜4反射到 固定在俯仰轴上的扫描镜3上并反射到被测物的表面，由于被测物对905nm波长的激光有 一定反射率，激光经被测物表面漫反射后按原路返回激光测距传感器，通过计算整个过程 光走过的时间，再经过公式转化，获取装置与被测点的距离。同时，装置下部的旋转轴电机 9能够连续不断地带动装置转动，改变装置朝向，俯仰轴上的俯仰轴电机1带动扫描镜3旋 转。旋转轴转过角度与俯仰轴转过角度分别由旋转轴圆光栅8与俯仰轴圆光栅2测得。这 样，被测物表面各个点的坐标信息就由装置与被测点的距离、旋转轴圆光栅读数值、俯仰轴 圆光栅读数值唯一确定。重复以上测量过程则能够获得被测物表面大量点的坐标信息，从 而获得被测物表面完整的三维信息。在船厂测量中，该装置能够获得船体分段及零部件三 维模型的完整信息，实现船体分段及零部件的数字化。 如图2所示，首先将已经设计、制造完成的船体分段或零部件设计值的关键点列 表导入船用激光扫描测量装置中，列表中初始三个关键点位置如图2中A、 B、 C三点(注 关键点为与外缘接触处)。测控软件监视窗口中的图像中心点与装置当前的测量点重合， 因此操作者能够根据如图3所示的测控软件界面操控装置分别对准A、 B、 C三点位置，实现 A、 B、 C三点坐标值的测量。操作步骤为用鼠标左键点击监视窗口中任意一点，系统根据 鼠标所点击点与图像中心点的像素差及相机放大倍数等信息计算激光测距传感器所发射 激光对准鼠标点击点时，旋转轴电机及俯仰轴电机所需要转过的角度。控制部分操控装置 完成转位并判断激光朝向与待测点的位置偏差，当两点位置偏差在一定范围内时，采集测 距传感器距离数据及旋转轴圆光栅与俯仰轴圆光栅角度值，并将该数值存储到测量值列表 中，准备与设计值列表进行对比。也可以点击测控软件界面中小键盘上的方向键操控装置 电机旋转，到达指定位置后点击"数据保存"实现距离及角度信息的采集，将该数值存储到 测量值列表中，准备与设计值列表进行对比。另外一种方法是在"目标位置"的输入框中手 动输入转角坐标值，控制装置旋转至目标位置，到达指定位置后点击"数据保存"实现距离及角度信息的采集，将该数值存储到测量值列表中，准备与设计值列表进行对比。完成初 始三个关键点坐标测量后，装置的测控软件根据A、 B、 C三点设计值与测量值的偏差进行计 算，将设计坐标系与装置坐标系统一，然后装置自动进行剩余关键点所在区域的扫描，如图 2中阴影区域为关键点所在区域。在该装置测控软件中规定关键点位置为如图2所示的区 域的"T"型角点处，则装置的测控软件自动提取关键点坐标并生成分析报表。
权利要求
一种船用激光扫描测量装置，包括机械转动装置、激光测距传感器(6)、控制部分(10)、光路部分、相机取景装置(5)、测控软件以及装置底座(7)，其特征在于，所述的机械转动装置包括俯仰轴电机(1)和旋转轴电机(9)，所述的俯仰轴电机(1)和旋转轴电机(9)垂直布置，旋转轴电机(9)设置在装置底座(7)上并连接旋转轴圆光栅(8)，所述的俯仰轴电机(1)经俯仰轴圆光栅(2)连接扫描镜(3)，所述的相机取景装置(5)前端设有分光镜(4)，所述的俯仰轴电机(1)、俯仰轴圆光栅(2)、扫描镜(3)、分光镜(4)和相机取景装置(5)同轴，所述的分光镜(4)表面贴膜。
2. 根据权利要求1所述的一种船用激光扫描测量装置，其特征在于，所述的激光测距 传感器(6)为LMS30。
3. 根据权利要求l所述的一种船用激光扫描测量装置，其特征在于，机械转动装 置中电机驱动模块控制器采用ARM11高性能处理器，圆光栅选用雷尼绍(Renishaw)的 RESM20USA52圆光栅，读数头SR05A，采用以色列ELMO公司的WHISTLE系列驱动器。
4. 根据权利要求l所述的一种船用激光扫描测量装置，其特征在于，光路中分光镜(4) 与激光发射方向及相机朝向各成45度夹角，905nm波长激光的反射率与自然光的折射率均 大于95%。
全文摘要
本发明涉及一种船用激光扫描测量装置，包括机械转动装置、激光测距传感器、控制部分、光路部分、相机取景装置、测控软件以及装置底座，所述的机械转动装置包括俯仰轴电机和旋转轴电机，所述的俯仰轴电机和旋转轴电机垂直布置，旋转轴电机设置在装置底座上并连接旋转轴圆光栅，所述的俯仰轴电机经俯仰轴圆光栅连接扫描镜，所述的相机取景装置前端设有分光镜。实现船体分段及零部件三维尺寸信息的数字化，且能够分析船体分段及零部件关键点的精度，以表格的形式给出设计值与测量值的比较结果。具有测量快捷、方便、精度高、效率高的特点。
文档编号G01B11/26GK101713827SQ20091018650
公开日2010年5月26日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者夏桂锁, 赖智华, 赵继亮 申请人:九江精密测试技术研究所