应用于FARO软件的三维激光扫描仪成套设备及测绘方法与流程

本发明涉及三维激光扫描仪领域，更具体地说，它涉及一种应用于faro软件的三维激光扫描仪成套设备及测绘方法。

背景技术：

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，其通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。

三维激光扫描仪的三维成像有一个范围，当在对工厂车间进行改造的时候，需要多次测量，每次测量都会形成一个三维图，在这些三维图中寻找一个公共的坐标，使得三维图重合，这样就能够形成完整的三维图。形成三维图后，在对工厂的设备进行测绘，再将设备的三维图摆放到工厂车间的三维图内，从而便于设备的排布和布局。现有的测绘方法是通过设置标靶，标靶上设有定位的圆环，圆环的圆心即公共点坐标。但是，当扫描仪与圆环的轴向方向错开时，那么圆环在成像过程中，变成椭圆，此时测量圆环的圆心的坐标表将会不够准确，导致在整合多个三维图的时候，不同的三维图之间不能够完全重合，为后续的工作带来不便。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种应用于faro软件的三维激光扫描仪成套设备，其优点是，能够更加精确的将车间内部的环境用三维的方式呈现出来。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种应用于faro软件的三维激光扫描仪成套设备，包括三维激光扫描仪、全站仪、坐标转化装置，所述坐标转化装置包括三脚架、连接在三脚架上的u形的底座，所述底座设有十字形的连接架，所述连接架的水平段转动连接在所述底座上，所述连接架的竖直段的两侧分别连接有参考球和棱镜，所述参考球的球心与所述棱镜的中心的连线的中点，位于所述连接架水平段的轴向上。

通过上述技术方案，首先将坐标转化装置放置到现场，用三维激光扫描仪对车间内部的环境进行扫描；当三维激光扫描仪测绘完毕后，转动连接架，使得棱镜代替原先的参考球的位置，并且保证棱镜的中心位置与参考球的球心位置相同，再用全站仪将棱镜的坐标测量出来；最后将三维激光扫描仪的图像导入到计算机中，并用faro软件打开，输入全站仪测量出的棱镜的中心坐标，自动整合多个三维图。由于参考球为球体状，因此不论从哪个角度去扫描参考球，参考球都是成圆形，当多个三维图整合时，通过参考球能否重合进一步判断测绘的准确性。本方案最大的优点在于用参考球代替原先的平面标靶，进而提高测量的精度，但是球心的坐标难以直接测量出，通过棱镜的坐标表来间接测量参考球的坐标，这样既打破传统的标靶作为参考物的测量方式，同时提高测量的精度。

本发明进一步设置为：所述连接架包括竖直设置的连接套、沿连接套的直径方向水平设置的转轴、螺纹连接在连接套中连接杆，所述参考球和所述棱镜分别固定在所述连接杆的两端，所述连接杆上设有连接套，所述连接杆位于所述连接套的两端设有锁紧帽。

通过上述技术方案，转轴转动连接在底座上，连接杆用于连接参考球和棱镜。当转轴转动180°时，此时棱镜代替原先的参考球的位置。连接杆螺纹连接在连接套中，从而通过转动连接杆，确保参考球的球心与棱镜的中心的连线的中点，位于转轴的轴线上。

本发明进一步设置为：所述连接杆的一端设有连接球，所述棱镜上靠近所述连接球的一端设有与所述连接球配合的球座，所述连接球包括若干弹片，所述弹片内设有橡胶垫，所述球座中设有球孔，所述连接球的球径大于所述球孔的球径。

通过上述技术方案，全站仪的位置任意放置，棱镜不是立体的，当棱镜对准全站仪的瞄准镜时，才便于全站仪测量出棱镜的坐标。连接杆会转动，确保连接杆转动180度后棱镜的中心与参考球的球形完全重合，因次棱镜的位置会变化，不能够正对着全站仪。棱镜与连接杆之间通过连接球连接，从而便于万向调节棱镜的位置。连接球与球座过盈配合，使得调节后的棱镜的位置不会改变。

本发明进一步设置为：所述参考球的球面上设有两条垂直相交的且过球心的圆形的标记线，所述底座的外侧壁上沿竖直方向设有定位装置，所述定位装置包括螺纹套、螺纹连接在连接套中的调节螺杆，所述调节螺杆的螺纹与所述连接杆上的螺纹相同，所述调节螺杆的一端转动连接有固定套，所述固定套可拆卸连接在所述调节螺杆上，所述固定套内设有激光笔。

通过上述技术方案，首先转动调节螺杆，当激光笔水平对准两条标记线的交点时，使得激光笔的高度与球形的高度同高。转动连接杆，使得连接杆转动180度后，激光笔的光线与棱镜同高，说明棱镜中心和参考球的球形重合；当激光笔的光线与棱镜不同高时，此时转动调节二螺杆，使得激光笔与棱镜的中心同高，并记录调节螺杆转动的圈数n，相应转动连接杆，转动的圈数为n/2。这样完成调节工作。

本发明进一步设置为：所述三脚架包括三个支腿，所述支腿包括两个支杆、螺纹连接在两个支杆上螺套，所述底座的下端设有用于调节所述底座水平的调平装置，所述调平装置包括滑移连接在所述底座下表面的连接板、嵌设有在连接板中的转动球、沿转动球的径向方向固定在转动球上的配重杆，所述配重杆和所述转动球上沿所述配重杆的轴向方向设有通孔，所述固定套远离所述激光笔的一端螺纹连接在所述调节螺杆上，当所述底座水平时，所述激光笔的光线和所述通孔轴线重合。

通过上述技术方案，支腿能够调节，从而通过调节支腿的长度，使得底座水平，进一步使得连接杆处于竖直状态，当连接杆在转动的过程中始终在竖直面内转动。配重杆和转动球固定，使得配重杆和连接球合体的重心在连接球的球心的下端，连接球转动连接在连接板上。不论底座处于什么水平设置倾斜，此时配重杆在重力的作用下始终向下，而激光笔设置在底座上，与底座之间相对静止。当激光笔的光线与通孔的轴线重合时，此时说明底座处于水平装置，当激光笔的光线与通孔不重合时，说明底座还没有调节到水平。

本发明进一步设置为：所述连接板的上表面设有圆形的水平仪，所述水平仪的中心位置设有与所述通孔同心的圆孔。

通过上述技术方案，水平仪有助于快速找到水平的位置，但是由于水平仪很难通过人为的判断调节到最佳的水平装置。而仅仅依靠激光笔很难了解底座倾斜的具体方向，通过水平仪和激光笔双重的配合，能够快速的将底座调节到水平状态。

本发明进一步设置为：其中一个所述转轴穿过所述底座的竖直的侧壁并连接有电机，所述电机的外壳固定在所述底座的外壁上，所述电机上设有远程控制器。

通过上述技术方案，有时候测量完，工作人员离坐标转化装置比较远，需要走过去转动转轴，使得棱镜代替参考球的位置。电机自带直流电源，远程控制器便于远程控制电机转动，从而使得测绘人员不需要来回的跑动。

本发明进一步设置为：所述底座的竖直端的内表面上沿垂直于所述转轴的径向方向设有柱塞套，所述柱塞套中设有弹簧，所述弹簧的一端设有钢珠，所述转轴上设有与所述钢珠配合的环槽，所述环槽中周向均布两个定位孔，所述柱塞套上远离所述钢珠的一端螺纹连接有底板，所述弹簧的一端抵触在所述底板上。

通过上述技术方案，弹簧抵触钢珠，钢珠抵触在环槽中，从而使得钢珠和环槽之间有一定的压力，当电机在驱动转轴转动时，需要克服转轴和钢珠之间的摩擦力，进而使得转轴能够稳定的运行，当电机停止转动，避免转轴在惯性的作用，继续移动。定位孔用定位转轴转动180度，使得转轴转动180度后，钢珠配合在转轴中，进一步防止转轴转动角度超过180度。

本发明进一步设置为：所述底座可拆卸连接在所述三脚架上，所述底座的四周角落螺纹连接有四个连接柱，所述连接柱穿过所述底座的竖直端且设有橡胶垫。

通过上述技术方案，车间原本已经有产线，需要在产线上添加辅助设备时，产线上不方便安放三脚架，此时能够将底座直接从三脚架上拆卸下来，连接柱用于调节底座，使得底座处于水平。

本发明的目的之二在于提供一种应用于faro软件的三维激光扫描仪的测绘方法，其优点是，能够更加精确的将车间内部的环境用三维的方式呈现出来。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种应用于faro软件的三维激光扫描仪的测绘方法，包括以下步骤：

1、将坐标转化装置放到现场，并且使得参考球裸露在上方；

2、三维激光扫描仪进入工厂车间现场并对车间内部环境和测量球进行多次全方位的扫描；

3、调节坐标转化装置，使得定位棱镜代替原先的参考球的位置，并且确保参考球的球心位置与棱镜的中心位置重合；

4、用全站仪测量出棱镜的中心位置坐标，这个坐标等效于参考球的球心坐标；

5、将三维激光扫描仪的图像导入计算机中，并用faro软件打开，并将参考球的球心坐标输入到faro软件中，由faro软件自动转化生成图形。

通过上述技术方案，用参考球代替现有的标靶，用棱镜的中心代替参考球的球心，从而通过上述的操作方法，提高测绘的准确性。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、坐标转化装置的设定，提高定位的精度和测绘的准确性；

2、参考球和棱镜之间能够调节，从而确保参考球的球心和棱镜的中心能够相互转化。

附图说明

图1是本实施例的整体的结构示意图。

图2是本实施例的坐标转化装置的结构示意图。

图3是本实施例的连接架的结构示意图。

图4是本实施例的连接杆和棱镜的结构示意图。

图5是本实施例的定位装置的结构示意图。

图6是本实施例的调节装置的结构示意图。

图7是图6中a-a剖视图。

图8是本实施例的连接柱的结构示意图

附图标记：1、三维激光扫描仪；2、全站仪；3、坐标转化装置；31、参考球；32、棱镜；33、球座；4、三脚架；40、支腿；41、支杆；42、螺套；43、插柱；5、底座；51、连接架；52、连接套；53、连接杆；54、转轴；541、环槽；542、定位孔；55、锁紧帽；56、连接球；57、弹片；58、橡胶垫；59、连接柱；6、定位装置；61、螺纹套；62、固定套；63、激光笔；64、调节螺杆；7、调平装置；71、连接板；72、转动球；73、配重杆；74、水平仪；75、通孔；76、圆孔；8、电机；81、远程控制器；82、柱塞套；83、弹簧；84、钢珠。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：参考图1和图2，一种应用于faro软件的三维激光扫描仪成套设备，包括三维激光扫描仪1、全站仪2、坐标转化装置3。坐标转化装置3包括三脚架4、设置在三脚架4上的u形的底座5、连接架51，连接架51的上下两端分别设置参考球31和棱镜32，当连接架51转动180度，棱镜32的中心和参考球31的球心会互换位置。首先将坐标转化装置3放置到测绘现场，并且将参考球31设置在上方，棱镜32设置在下方；接着用三维激光扫描仪1对车间内部的环境进行多次扫描；当三维激光扫描仪1测绘完毕后，将连接架51转动180度，使得棱镜32在上端，用全站仪2将棱镜32的中心位置的坐标测量出来；最后将三维激光扫描仪1中的所有的图像导入计算机，并用faro软件打开图形，在faro软件中选中每一幅图中的参考球31的球心，再将球心的坐标输入到faro软件中，这样使得所有的三维图自动合成一张全面的完成的图形。

参考图1和图2，由于参考球31不管从什么角度看都是圆形，圆形的圆心为球心，相比较于传统的标靶，标靶上设置圆形图案，当三维激光扫描仪1不是正对着标靶时，此时标靶上扫描出来的圆形图案为椭圆状，使得faro软件在捕捉标靶的中心坐标时，难以准确的捕捉到圆形图案的圆心，这样导致实际的圆心坐标与faro软件中图形图案的圆心坐标对应不上，造成相应的误差。

参考图2和图3，连接架51包括连接套52、沿连接套52的直径方向设置的转轴54、螺纹连接在连接套52中的连接杆53，底座5成u形，转轴54转动连接在底座5的竖直端，连接杆53的两端分别连接参考球31和棱镜32。通过转动连接杆53，使得连接杆53在连接套52中移动，进而保证连接杆53在翻转180度后，棱镜32的中心与参考球31的球心能够完全互换，这样通过测量棱镜32的中心坐标即参考球31的球心坐标。由于参考球31的球心坐标难以直接测量出，从而通过上述方式间接的测量出参考球31的球心。在连接杆53上位于连接套52的上下两侧均螺纹连接锁紧帽55，当连接杆53调节好位置后，用锁紧帽55锁紧，确保连接杆53与连接套52的位置不会发生变化。

参考图3和图4，在连接杆53的一端设置连接球56，在棱镜32的圆柱面上设置球座33，连接球56转动连接在球座33中，连接球56是空心的，并且连接球56包括若干弹片57，在弹片57内部设置球形的橡胶垫58；在球座33上开设球孔，连接球56的直径稍微大于球孔的直径，使得连接球56过盈的配合在球孔中。全站仪2的位置任意放置，由于棱镜32不是立体的，当棱镜32对准全站仪2的瞄准镜时，才便于全站仪2测量出棱镜32的坐标。由于确保连接杆53转动180度后棱镜32的中心与参考球31的球形完全重合，因此会转动连接杆53，使得棱镜32的位置会变化，不能够正对着全站仪2。棱镜32与连接杆53之间通过连接球56连接，从而便于万向调节棱镜32的位置。连接球56与球座33过盈配合，使得调节后的棱镜32的位置不会改变。

参考图5，参考球31转动连接在连接杆53上。在参考球31的球面上设有两条垂直相交的且过球心的圆形的标记线，在底座5的竖直端的外侧壁上设置定位装置6，定位装置6用于对参考球31进行定位，使得参考球31的球心和棱镜32的中心关于转轴54对称。定位装置6包括螺纹套61、螺纹连接在连接套52中的调节螺杆64，在调节螺杆64的一端设置固定套62，固定套62上沿固定套62的径向方向设有盲孔，调节螺杆64转动连接在盲孔中，在固定套62中设置激光笔63，调节螺杆64的螺纹和连接杆53上的螺纹相同。当参考球31在上方时，使得激光笔63的光线指向标记线与标记线的交点处，接着将转轴54转动180度。如果激光笔63的光线与棱镜32同高，说明棱镜32中心和参考球31的球形重合；当激光笔63的光线与棱镜32不同高时，此时转动调节螺杆64，使得激光笔63与棱镜32的中心同高，并记录调节螺杆64转动的圈数n，相应转动连接杆53，转动的圈数为n/2，这样完成调节工作。

参考图1和图2，三脚架4包括三个支腿40，支腿40包括两个支杆41、螺纹连接在两个支杆41上螺套42，两个支杆41为相反的螺牙。当转动螺套42时，并且保持两个支杆41不动，此时支杆41在螺套42中滑移，进而起到调支腿40长度的作用，由于地面不平，当三个支腿40随着地面的变化而调节长度，从而起到调节底座5处于水平状态的作用。

参考图6和图7，在底座5的下端设有用于调节底座5水平的调平装置7，调平装置7包括沿水平方向滑移连接在底座5上的连接板71、嵌设在连接板71中的转动球72、固定在转动球72上的配重杆73。配重杆73的轴线指向转动球72的球心，转动球72转动连接在连接板71上，在配重杆73和转动球72上沿配重杆73的轴向方向设有通孔75，通孔75轴线与调节螺杆64的轴向重合。在固定套62上远离激光笔63的一端设置螺纹孔，通过螺纹孔，使得固定套62能够螺纹连接在调节螺杆64的下端，当底座5水平时，激光笔63的光线和通孔75轴线重合，并且从通孔75中穿过照射在地面上。配重杆73和转动球72固定，使得配重杆73和连接球56合体的重心在连接球56的球心的下端，不论底座5处于什么水平设置倾斜，此时配重杆73在重力的作用下始终向下，而激光笔63设置在底座5上，与底座5之间相对静止。当激光笔63的光线与通孔75的轴线重合时，此时说明底座5处于水平装置，当激光笔63的光线与通孔75不重合时，说明底座5还没有调节到水平。

参考图7，在连接板71的上表面上还设置圆形的水平仪74，在水平仪74上设置与通孔75同轴的圆孔76，使得激光能穿过圆孔76和通孔75。这样设置，通过水平仪74大致找到水平的位置，再进一步通过激光笔63和通孔75配合，对底座5进行精确的调平，保证连接杆53处于竖直状态，确保参考球31和棱镜32之间的位置能够相互转化。

参考图2，其中一个转轴54穿过底座5的侧壁并且连接有电机8，电机8的输出轴与转轴54固定连接，电机8的外壳固定在底座5上，在电机8的外壳内设置电源（图中未示出），电源可拆卸连接在电机8的外壳内，电机8上设有远程控制器81。当测量完后，工作人员可能离坐标转化装置3比较远，需要走过去转动转轴54，才能够使得棱镜32代替参考球31的位置。远程控制器81便于远程控制电机8转动，从而使得测绘人员不需要来回的跑动。

参考图2，在底座5的竖直端的内表面上沿垂直于转轴54的径向方向设有柱塞套82，柱塞套82中设有弹簧83，在弹簧83的一端焊接有钢珠84；在柱塞套82上远离钢珠84的一端螺纹连接底板，弹簧83的一端抵触在底板上，转动底板，进而调节弹簧83的压缩量。在转轴54上设置与钢珠84配合的环槽541，在环槽541中沿转轴54的直径方向设置两个定位孔542。钢珠84抵触在环槽541中，从而使得钢珠84和环槽541之间有一定的压力，当电机8在驱动转轴54转动时，需要克服转轴54和钢珠84之间的摩擦力，进而使得转轴54能够稳定的运行，当电机8停止转动，避免转轴54在惯性的作用，继续移动。定位孔542使得转轴54转动180度后，钢珠84配合在转轴54中，进一步防止转轴54转动角度超过180度。

参考图1和图2，底座5可拆卸的连接在三脚架4上，在三脚架4上设置插柱43，底座5插接在插柱43上，从而使得底座5可拆卸连接在三脚架4上。

参考图8，在底座5的水平端设置四个连接柱59，连接柱59螺纹连接在底座5上并且穿过底座5，在连接柱的下端设置橡胶垫。

动作过程：首先将坐标转化装置3放置到现场，并且将参考球31设置在上方，棱镜32设置在下方；接着用三维激光扫描仪1对车间内部的环境进行多次扫描；当三维激光扫描仪1测绘完毕后，将连接架51转动180度，使得棱镜32在上端，用全站仪2将棱镜32的中心位置的坐标测量出来；最后将三维激光扫描仪1中的所有的图像导入计算机，并用faro软件打开图形，在faro软件选中每一幅图中的参考球31的球心，再将球心的坐标输入到faro软件中，这样使得所有的三维图自动合成一张全面的完成的图形。

另外本发明还公开了一种应用于faro软件的三维激光扫描仪的测绘方法，参考图1和图2，包括以下步骤：

1、将坐标转化装置3放到现场，并且使得参考球31裸露在上方；

2、三维激光扫描仪1进入工厂车间现场并对车间内部环境和测量球进行多次全方位的扫描；

3、调节坐标转化装置3，使得定位棱镜32代替原先的参考球31的位置，并且确保参考球31的球心位置与棱镜32的中心位置重合；

4、用全站仪2测量出棱镜32的中心位置坐标，这个坐标等效于参考球31的球心坐标；

5、将三维激光扫描仪1的图像导入计算机中，并用faro软件打开，并将参考球31的球心坐标输入到faro软件中，由faro软件自动转化生成图形。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。