专利名称：一种激光三维扫描系统的制作方法
专利说明 技术领域 本实用新型涉及的是一种扫描仪，尤其是一种激光三维扫描系统。
背景技术 现今社会，三维形貌测量技术在许多领域得到应用，在国内外得到广泛的研究，从老的机械探针接触式测量到目前的光学非接触测量，光学非接触测量技术由于测量速度快，精度较高，及不损伤物体表面的特点，近年来成为研究热点，其中三角法是三维曲面非接触测量中最常使用的一种；以三角法为原理的测量方法中目前应用最广的是线光源入射，又称光刀扫描、光切法测量。
光切法测量由于精度高，测量速度快，能够测量复杂曲面等原因，成为目前应用最多的三维测量方法，并且适合木工浮雕三维扫描测量，但目前市场上该类产品一般应用于逆工程，其测量精度虽高，但结构复杂，同时价格昂贵，不适合面积大、纵深小、精度要求中等的木工浮雕加工。
目前一般三维测量系统的测量数据结果为标准的三维数据接口，不能直接生成木工浮雕加工所需的G代码，需要利用第三方软件如Type3、Aytcam等进行数据转换，不仅速度慢，效率低，而且操作复杂不易掌握。
目前浮雕加工技术主要有手工雕刻和机械扫描雕刻两种，手工雕刻产品虽然市场价值高，但对于工作人员的技术要求也高，并且同时存在手工雕刻速度慢、成品率低的缺点；而机械扫描雕刻虽然速度较快，对工作人员要求不高，但具有机械加工痕迹明显、且每次雕刻的产品都相同，不具有独特性。
发明内容 本实用新型的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种激光三维扫描系统的技术方案，该方案的扫描系统适合木材、石材软金属和玻璃等的雕刻，本扫描系统能分段扫描，自动拼接；快速自动生成数控雕刻机可识别的G代码，提高工作效率，降低工作难度。
本方案是通过如下技术措施来实现的一种激光三维扫描系统，包括激光器和数控雕刻机，本方案的特点是还有激光扫描定位运动控制单元、三维数据测量单元、三维重构单元、空间校正和标定单元、配准拼接单元、G代码生成单元； 激光器在激光扫描定位运动控制单元驱动下扫描；三维数据测量单元采集激光器扫描的图像，并对图像滤波去燥获得三维数据；所述的三维数据由三维重构单元建立空间结构关系，渲染绘制出三维图形；空间校正和标定单元将得到的三维图形校正标定；配准拼接单元将多幅校正标定后的三维图形进行拼接；拼接后的三维图形经G代码生成单元转化为G码，数控雕刻机收到G码后，按照G码雕刻加工。
所述的三维数据测量单元采用双CCD收集光带图像，并将两个CCD收集的光带图像融合。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中有激光三维扫描定位运动控制单元，实现计算机、单片机、步进电机、步进电机驱动器、激光器等的协调控制动作，实现光电一体化，能够通过计算机实时精确控制激光刀完成定位扫描； 三维数据测量单元采用单光源双CCD，避免了测量盲区，对两个CCD采集的图像，进行图像融合，提高测量精度； 三维重构单元通过OpenGL对采集的图像建立空间结构关系，实现三维图像的重构，并将转换成的像素数据存储在帧缓冲存储器中； 空间校正和标定单元对三维图像进行校正和标定，形成与实物大小相对应的图像，在CCD采集数据时，由于有投影效应等原因，成像存在空间畸变，需要进行空间校正，校正后还要通过空间标定才能得到最终的具有正确空间坐标的三维点云数据；配准拼接单元通过对比两个测量数据的重叠部分的灰度差的平方和来实现图像的配准拼接；所述的G代码生成单元将配准后的图像数据转换成数控雕刻机可识别的G代码，方便数控雕刻加工。由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
图1为本实用新型具体实施方式
的结构示意图。
图中，1为激光扫描定位运动控制单元，2为三维数据测量单元，3为三维重构单元，4为空间校正和标定单元，5为配准拼接单元，6为G代码生成单元。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式
，并结合其附图，对本方案进行阐述。
通过附图可以看出，本方案的激光三维扫描系统，包括激光扫描定位运动控制单元、三维数据测量单元、三维重构单元、空间校正和标定单元、配准拼接单元、G代码生成单元； 激光三位扫描定位运动控制单元实时精确控制激光刀定位扫描； 三维数据测量单元采集光带图像，并对采集的图像进行滤波去噪，由于物体三维形貌的复杂性和光切法自身的制约，有时测量的图像会出现大范围的测量盲区和提取的光带断线的问题，所以本方案采用双CCD收集光带图像，并将两个CCD收集的光带图像融合；图像融合的算法设在同一坐标点，CCD1采集的图像灰度为f1(x，y)，CCD2采集的图像灰度为f2(x，y)，则CCD1和CCD2所占的比例分别为 分别将该数值作为两CCD所融合时图像的权重，则新图像在该点的灰度值为 三维重构单元通过OpenGL对图像建立空间结构关系，实现三维图像的重构，OpenGL最主要的工作就是将二维及三维物体描绘至帧缓冲存储器，实现物体的建模； 空间校正和标定单元对三维图像进行校正和标定，形成与实物大小相对应的图像，CCD成像采集时，有图投影效应等原因，成像存在空间畸变，需要空间校正，校正后还要通过空间标定才能得到最终的就有正确空间坐标的三维点云数据。
配准拼接单元将采集的多幅与实物大小相对应的图像的数据进行配准拼接；形成完整的图像数据，以两幅数据图像重叠部分的灰度差的平方和为标准来衡量此区域是否配准，设待拼接的两幅图像为D1(x，y)和D2(x，y)，配准公式如下 其中，s(x，y)是数据矩阵D1(x，y)中的搜索块，w(x，y)是图像D2(x，y)中基准特征块，求和是指当w(x，y)在D1(x，y)中滑动是，w(x，y)覆盖下的D1(x，y)的s(x，y)与w(x，y)差值的叠加，最佳匹配块为E去最小值时所对应的D1(x，y)中的搜索块。G代码生成单元将配准后的图像数据转换成数控雕刻机可识别的G代码。
权利要求1.一种激光三维扫描系统，包括激光器和数控雕刻机，其特征是还有激光扫描定位运动控制单元、三维数据测量单元、三维重构单元、空间校正和标定单元、配准拼接单元、G代码生成单元；
激光器在激光扫描定位运动控制单元驱动下扫描；三维数据测量单元采集激光器扫描的图像，并对图像滤波去燥获得三维数据；所述的三维数据由三维重构单元建立空间结构关系，渲染绘制出三维图形；空间校正和标定单元将得到的三维图形校正标定；配准拼接单元将多幅校正标定后的三维图形进行拼接；拼接后的三维图形经G代码生成单元转化为G码，数控雕刻机收到G码后，按照G码雕刻加工。
2.根据权利要求1所述的激光三维扫描系统，其特征是所述的三维数据测量单元采用双CCD收集光带图像，并将两个CCD收集的光带图像融合。
专利摘要本实用新型提供了一种激光三维扫描系统的技术方案，该方案的激光三维扫描系统，包括激光扫描定位运动控制单元、三维数据测量单元、三维重构单元、空间校正和标定单元、配准拼接单元、G代码生成单元；该方案的扫描系统分段扫描，自动拼接；快速自动生成数控雕刻机可识别的G代码，提高工作效率，降低工作难度。
文档编号B44B1/00GK201552943SQ20092022647
公开日2010年8月18日 申请日期2009年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者张绪辉, 刘黎亭, 司书春, 刘宝生 申请人:济南星辉数控机械科技有限公司