一种三维激光扫描方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维激光扫描方法及装置，方法包括在垂直扫描面中以扫描头内激光发射中心点为扫描原点建立扫描仪的三维坐标系，每次获取激光测距时，根据扫描头的方位角θ和顶点角Φ，计算出测距传感器发射激光束的方位角θ和俯仰角度β，从而得到三维激光角点坐标的计算公式，装置包括扫描头、轴驱动单元、测距单元、电机驱动单元和嵌入式控制单元，扫描头包括反光镜、轴承、激光孔和机械支架；机械支架包括横向支架、纵向支架和方位支座；轴驱动单元包括方位直驱电机、顶点直驱电机、方位驱动轴、顶点驱动轴、方位圆光栅和顶点圆光栅；激光测距单元包括一维激光测距传感器、可调支架和连接件。本发明提高了三维扫描测量精度，减小了扫描装置的体积，实现其小巧化易携带。
【专利说明】一种三维激光扫描方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于激光扫描【技术领域】，更具体地，涉及一种三维激光扫描方法及装置。
【背景技术】
[0002]三维激光扫描技术是近年来发展的集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，能够完整而高精度地对空间物体的外形和结构进行三维扫描，快速获取物体表面的空间坐标点集。目前，三维激光扫描技术的研究在许多发达国家深入展开，已经推出不少产品，基本形成了产业化的局面，但价格昂贵，国内也有一些科研机构推出了自己的产品，大都是在已有二维激光传感器的基础上增加了一维旋转平台从而构成了可以三维扫描的激光雷达装置，例如申请号为201120307686.0，发明名称为激光雷达呈三维扫描的摆动装置；申请号为200710171878.1，发明名称为大型锻件的激光雷达在线三维测量与方法，这两个专利申请文件中都是利用电机带动二维激光雷达在某一水平平面转动，从而实现了三维扫描，但由于二维激光雷达本身分辨率已设定好无法进行调整，若买高精度的二维激光雷达成本太高，所以整个系统的测量误差主要取决于二维激光雷达的精度。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三维激光扫描方法，旨在解决现有技术三维扫描测量精度低，扫描装置价格昂贵的技术问题。
[0004]本发明提供了 一种三维激光扫描方法，包括下述步骤:
[0005](I)在垂直扫描面中以扫描头内激光发射中心点为扫描原点建立三维坐标系；具体为:沿方位轴方向建立Z轴；在水平扫描面内穿过所述扫描原点并与所述Z轴垂直方向建立Y轴；根据右手定理在穿过扫描原点平行于水平扫描面且与所述垂直扫描面垂直方向建立X轴；
[0006](2)扫描头绕方位轴旋转的角度Θ和扫描头绕顶点轴旋转的角度Φ，其 中Θ和Φ的角度均由此公式得到:
【权利要求】
1.一种三维激光扫描方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)在垂直扫描面中以扫描头的激光发射中心点为扫描原点建立三维坐标系；具体包括:沿方位轴方向建立Z轴；在水平扫描面内穿过所述扫描原点并与所述Z轴垂直方向建立Y轴；根据右手定理在穿过扫描原点平行于水平扫描面且与所述垂直扫描面垂直方向建立X轴； (2)根据圆光栅脉冲计数获得扫描头绕方位轴旋转的角度Θ和扫描头绕顶点轴旋转的角度Φ.并根据扫描头的顶点轴与方位轴之间的夹角α和所述扫描头绕顶点轴
2.如权利要求1所述的三维激光扫描方法，其特征在于，扫描头绕方位轴旋转的角度Θ和扫描头绕顶点轴旋转的角度Φ均根据公式
3.—种三维激光扫描装置，包括扫描头(I)、轴驱动单元(2)、测距单元(3)以及与所述轴驱动单元(2)和所述测距单元(3)连接的控制模块；其特征在于，所述扫描头(I)包括反光镜(11)、轴承(12)、激光孔(13)和机械支架(14);所述机械支架(14)包括横向支架(141)、纵向支架(142)和方位支座(143)，所述反光镜(11)和所述激光孔(13)通过所述横向支架(141)固定在所述轴承(12)上，所述纵向支架(142)固连于所述横向支架(141)上，所述轴承(12)与所述方位支座(143)成α角设置；所述α角小于90度； 所述轴驱动单元(2)包括方位直驱电机(21)、顶点直驱电机(22)、方位驱动轴(23)、顶点驱动轴(24)、方位圆光栅(25)和顶点圆光栅(26);所述顶点驱动轴(24)位于方位驱动轴(23)内，两者构成同心轴结构；顶点直驱电机(22)与所述顶点驱动轴(24)连接，用于驱动顶点驱动轴(24)运动；顶点圆光栅(26)与所述顶点直驱电机(22)连接，用于获得顶点驱动轴(24)旋转的脉冲计数个数；方位直驱电机(21)与所述方位驱动轴(23)连接，用于驱动所述方位驱动轴(23)运动；方位圆光栅(25)与所述方位直驱电机(21)连接，用于获得方位驱动轴(23)旋转的脉冲计数个数； 所述激光测距单元(3)包括一维激光测距传感器(31)、可调支架(32)和连接件(33)；连接件(33)用于连接所述激光测距单元(3)与所述轴驱动单元(2);所述可调支架(32)的一端固定在所述激光测距单元(3)底部，所述可调支架(32)的另一端与一维激光测距传感器(31)连接，通过可调支架(32)调节所述一维激光测距传感器(31)的位置使得一维激光测距传感器(31)发射的激光能从所述轴驱动单元(2)的轴心射出。
4.如权利要求3所述的三维激光扫描装置，其特征在于，所述方位支座(143)为空心圆柱体结构，中心设置有通孔，所述通孔用于使所述顶点驱动轴(24)通过。
5.如权利要求3或4所述的三维激光扫描装置，其特征在于，所述方位驱动轴(23)和所述顶点驱动轴(24)均为空心轴，所述空心轴用于传输激光光束。
6.如权利要求3-5任一项所述的三维激光扫描装置，其特征在于，所述控制模块包括电机驱动单元(4)和嵌入式控制单元(5);所述嵌入式控制单元(5)的第一控制端与所述一维激光测距传感器(31)连接，所述嵌入式控制单元(5)的第二控制端与电机驱动单元 (4)的输入控制端连接，电机驱动单元⑷的输出控制端与所述轴驱动单元⑵连接。
【文档编号】G01B11/24GK103837095SQ201410100168
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】岳东, 肖力, 陆凯 申请人:华中科技大学