一种三维激光雷达扫描装置及测量方法与流程

本发明属于三维激光雷达扫描技术领域，特别涉及一种三维激光雷达扫描装置及测量方法。

背景技术：

三维扫描是指对被测物进行全方位扫描，确定被测物的三维坐标扫描数据。其测量原理共包含四个方面，分别为：测距、角位移、扫描、定向。三维扫描仪器根据三维技术原理的不同，分为了包括拍照式(结构光)三维扫描仪、激光三维扫描仪和三坐标测量机三大类别。

三维激光雷达扫描仪是通过发射激光来扫描被测物，以获取被测物体表面的三维坐标。三维激光雷达扫描技术又被称为实景复制技术，具有高效率、高精度的测量优势，其优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据，从而高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，其已经成为当前研究的热点之一，并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。

然而，和二维激光扫描仪相比，由于三维激光雷达扫描仪的装置复杂度较高，价格也比二维激光扫描仪高出十多倍，很大程度上限制了其更加广泛地研究与应用。

技术实现要素：

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种三维激光雷达扫描装置，该装置，该装置是基于低价的二维激光扫描仪实现高精度的三维扫描任务，节约生产成本，促进经济发展。

为了解决现有技术问题，本发明采用如下技术方案:

一种三维激光雷达扫描装置，包括测量组件、升降组件、控制组件及底座，所述底座上分别设置有控制组件和升降组件；所述控制组件可驱动所述升降组件的升降；所述升降组件连接有测量组件；

其中，

所述测量组件包括二维激光雷达扫描仪及usb转接器，所述二维激光雷达扫描仪与所述usb转接器通过通讯排线连接；

所述升降组件包括三脚架、步进电机及升降平台，所述步进电机及所述升降平台均安装于所述三脚架上；

所述控制组件包括单片机控制系统、电机驱动器及电源模块，所述电源模块为所述单片机控制系统及电机驱动器供电。

所述电源模块输出端分别连接单片机控制系统和电机驱动器；

所述单片机控制系统通过程序控制输出引脚输出的脉冲频率及方向，并向电机驱动器发出脉冲信号；

所述电机驱动器根据收到的脉冲信号对步进电机的转速和方向进行控制。

为了解决现有技术问题，本发明还可以采用如下技术方案：

一种采用三维激光雷达扫描装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤一，将所述测量组件通过usb口与计算机连接，实现软件模块对所述二维激光扫描仪的供电、扫描控制；所述软件模块实时接收二维激光扫描仪的数据信息；

步骤二，启动所述电源模块为所述单片机控制系统及所述电机驱动器供电；

步骤三，所述软件模块根据接收到的二维激光扫描仪的数据信息，向所述单片机系统写入控制程序。

步骤四，所述单片机系统根据读入的程序，控制输出的脉冲的频率及方向，通过电机驱动器对步进电机转速及方向进行控制，所述电机驱动器通过该pwm信号对，从而控制所述升降平台的升降速度、方向及高度；

步骤五，所述单片机控制系统实时地将升降平台的高度数据通过usb接口传送至计算机，从而实现第三维扫描数据地存储。

与现有技术相比，本发明具有的优点：

1、本发明提供的三维激光雷达扫描装置系统将所述测量组件固定于所述升降组件的升降平台上，实现了将所述测量组件扫描得到的360°的二维扫描数据与所述升降组件通过单片机控制系统控制的第三维的高度数据实时的结合与存储，从而实现了基于二维激光扫描仪的三维激光雷达扫描装置的设计及其简易测量。

2、本发明实现三维激光雷达扫描仪基本功能的基础上，大大降低了其价格，使得其应用更加广泛。

附图说明

图1为本发明一种三维激光雷达扫描装置结构示意图。

具体实施方式

结合附图1对本发明的技术方案作进一步说明。

为了便于理解本发明，下面参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

如图1所示，本发明实施方式的三维激光雷达雷达装置100，包括测量组件110，升降组件120及控制组件130。

所述测量组件110包括可360°旋转的二维激光雷达扫描仪111及usb转接器112，所述二维激光雷达扫描仪111与所述usb转接器112通过通讯线连接；

所述升降组件120包括三脚架121、步进电机122及升降平台123，所述步进电机122及所述升降平台123均安装于所述三脚架上121；

所述控制组件130包括单片机控制系统131、电机驱动器132、及电源模块133。所述控制平台130设有底座134，所述单片机控制系统131、电机驱动器132及电源模块133均安装于所述底座134上。所述电源模块133为所述单片机控制系统131及电机驱动器132供电；

所述测量组件110安装于所述升降平台123上；

所述升降组件120安装于所述底座134上，所述控制组件130可驱动所述升降平台123的升降；

所述单片机控制系统131与电机驱动器132相连，所述电机驱动器132与所述步进电机122相连。

此外，本发明还提供了一种三维激光雷达扫描装置的测量方法，包括以下步骤：

将所述测量组件的usb转接器通过usb口与计算机连接，实现计算机对所述二维激光扫描仪的供电、软件扫描控制(采样频率，转速及方向)。所述二维激光扫描仪将扫描得到的360°扫描坐标数据通过usb接口实时传送至计算机存储。

启动所述电源模块为所述单片机控制系统及所述电机驱动器供电。软件模块控制所述单片机系统，使得其输出的频率可调的pwm波信号。然后，将输出所述pwm波的引脚与所述电机驱动器的输入引脚相连接，配合所述电机驱动器的拨码开关实现对步进电机转速及方向进行控制，进而控制所述升降平台的升降速度、方向及高度。

同时，所述单片机控制系统实时地将所述升降平台的高度数据通过usb接口传送至计算机，从而实现第三维扫描数据地存储。

应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种三维激光雷达扫描装置，包括测量组件、升降组件、控制组件及底座，所述底座上分别设置有控制组件和升降组件；所述控制组件可驱动所述升降组件的升降；所述升降组件连接有测量组件；本发明实现了将所述测量组件扫描得到的360°的二维扫描数据与所述升降组件通过单片机控制系统控制的第三维的高度数据实时的结合与存储。

技术研发人员：张瑞峰;孙景林
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.01.09
技术公布日：2019.04.16