一种基于微机的高精度多维线激光传感器的制作方法

本实用新型实施例涉及激光传感器领域，具体涉及一种基于微机的高精度多维线激光传感器。

背景技术：

三维立体成像技术中，需要先利用传感器采集物体的立体状态信息，现有技术主要是针对小视场的高精度传感器，主要是国外产品，比如日本基恩士、德国sick公司的产品，主要应用于在线检测、高精度测量，但是价格高，视场小，没法满足大视场应用，及大量的装备设备。大视场的传感器，基本是相机和激光组成，将相机的控制通过usb3.0接口或者网线接口与上位机电脑相连，往往这种有线连接需要通过拖链布设，导致有线传输媒介的疲劳发生，导致传输不稳定，经常出现问题

对于大视角的测量，由于需要激光投射较远距离而产生发散和衰减，照射到物体表面后条纹变粗，环境光线噪音较多，现有的大视场的传感器会产生较大的测量误差。

技术实现要素：

为此，本实用新型提供一种基于微机的高精度多维线激光传感器，以解决现有线激光传感器视角小、造价高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型公开了一种基于微机的高精度多维线激光传感器，所述基于微机的高精度多维线激光传感器包括：底板、线激光发射器、相机、微型计算机和外壳，所述线激光发射器通过激光固定架安装在底板的一端，所述相机旋转安装在底板的另一端，所述微型计算机安装在底板上，位于线激光发射器和相机之间，所述外壳覆盖整体底板，在外壳的侧面对准线激光发射器的发射端和相机的镜头处均开设有方孔。

进一步地，所述底板上安装有线激光发射器、相机和微型计算机，相机和微型计算机之间通过usb3.0数据线连接，实现数据传输的同时为相机供电，底板上与线激光发射器相邻处安装有供电控制端子，所述供电控制端子的供电部分与电源连接，为线激光发射器和微型计算机供电，所述供电控制端子的控制部分与脉冲信号连接，通过供电控制端子与相机相连，实现对相机采集的开关控制。

进一步地，所述底板的一侧安装有相机固定架，所述相机固定架上安装相机，相机与相机固定架之间旋转安装，相机在相机固定架上能够在3°-60°的范围内转动。

进一步地，所述底板上远离相机固定架的一侧安装有激光固定架，激光固定架上安装线激光发射器，线激光发射器向外发射线状激光。

进一步地，所述底板中央安装有微型计算机，所述微型计算机与相机连接，相机接收经过物体表面反射的线状激光，微型计算机处理激光图像并提取激光条纹，将像素坐标转换为物理坐标，并将物理坐标发送至上位机处理器。

进一步地，所述微型计算机连接有无线通信装置，所述无线通信装置将物理坐标信息发送至上位机处理器，无线通信装置能够进行5g无线断点续传。

本实用新型实施例具有如下优点：

本实用新型公开了一种基于微机的高精度多维线激光传感器，通过大视场、高精度、低成本的多维线激光发射器发射线状激光，利用相机接收物体表面反射的线状激光，微型计算机采用新的图像提取计算方法，提高了采集精度和抗干扰能力，将处理后的物理坐标数据压缩通过5g无线断点续传技术将数据上传到上位机电脑，保证数据传输的完整性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于微机的高精度多维线激光传感器的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于微机的高精度多维线激光传感器内部结构示意图；

图中：1-底板、2-相机固定架、3-相机、4-微型计算机、5-激光固定架、6-线激光发射器、7-供电控制端子、8-外壳。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例公开了一种基于微机的高精度多维线激光传感器，所述基于微机的高精度多维线激光传感器包括：底板1、线激光发射器6、相机3、微型计算机4和外壳8，所述线激光发射器6通过激光固定架5安装在底板1的一端，所述相机3旋转安装在底板1的另一端，所述微型计算机4安装在底板1上，位于线激光发射器6和相机3之间，所述外壳8覆盖整体底板1，在外壳8的侧面对准线激光发射器6的发射端和相机3的镜头处均开设有方孔，线激光发射器6通过方孔向外射出线状激光，相机3透过方孔接收经过反射的线状激光。

底板1上安装有线激光发射器6、相机3和微型计算机4，相机3和微型计算机4之间通过usb3.0数据线连接，实现数据传输的同时为相机供电，底板1上与线激光发射器6相邻处安装有供电控制端子7，所述供电控制端子7的供电部分与电源连接，为线激光发射器和微型计算机供电，所述供电控制端子7的控制部分与脉冲信号连接，通过供电控制端子7与相机相连，实现对相机3采集的开关控制。

底板1的一侧安装有相机固定架2，所述相机固定架2上安装相机3，相机3与相机固定架2之间旋转安装，相机3在相机固定架2上能够在3°-60°的范围内转动；底板1上远离相机固定架2的一侧安装有激光固定架5，激光固定架5上安装线激光发射器6，线激光发射器6向外发射线状激光，激光不限于线激光、也可以是点激光、或者别的纹理激光，只是一种发光装置，靠投射到物体上的发射光被相机3捕捉后计算产生3d信息。

底板1中央安装有微型计算机4，所述微型计算机4与相机3连接，相机3接收经过物体表面反射的线状激光，微型计算机4处理激光图像并提取激光条纹，将像素坐标转换为物理坐标，并将物理坐标发送至上位机处理器。微型计算机4为一种x86结构的处理器，能够利用单片机、fpga、嵌入式设备等进行替换。

微型计算机4连接有无线通信装置，所述无线通信装置将物理坐标信息发送至上位机处理器，无线通信装置能够进行5g无线断点续传。本实施例通过5gwifi建立局域网实现的，底层采用tcp协议，为了实现断点续传功能，采用networksteams通信协议进行传输。如果直接相机3的数据通过usb3.0/网线数据直接上传上位机电脑处理，传输线太长、高速传输不稳定，而近端采集、处理，通过无线传输技术，使设备更加稳定。

实施例2

本实施例公开了一种基于微机的高精度多维线激光传感器的工作方法，所述方法为：

线激光发射器6发射线状激光，线状激光照射到物体表面后，进行反射；

相机3接收经过物体表面反射的线状激光，并将接收的激光图像传送至微型计算机4；

微型计算机4对激光图像进行处理，提取激光条纹，将像素坐标转换成物理坐标，并将物理坐标通过无线通信装置发送至上位机的处理器。

一段激光条纹照射被扫描物体，图像传感器捕捉到反射光线，在相机芯片上生成图像。由于激光条纹本身具有一定的宽度(厚度)，被扫描物体表面材质不同反射成像的亮度也是不均匀的，表现出两边暗(x方向)中间亮的过渡。另外，其他因素比如测量环境的外来光线的影响，激光线器本身亮度的衰减等，都会进一步加重成像亮度不均匀的现象。如果直接在这个图像上提取像素坐标，会导致像素坐标重叠(激光条纹宽度导致)，并且像素坐标弯曲波动(受材质反光亮度不均导致)，严重影响了像素坐标提取的精度。

通过研究发现，激光线在径向(x方向)的反射成像亮度是呈现高斯分布的态势，不同的材质尽管反射特性不同，但它们的高斯曲线顶峰位置是稳定的。基于这个特点，在提取像素坐标时，沿着激光线径向按照像素亮度拟合高斯曲线，然后提取曲线的峰值坐标，作为该点的像素坐标，这种方法极大的提高了像素坐标的提取精度，不受物体表面材质的影响，同时也避免了激光线条纹发散和衰减，以及环境光线噪音带来的精度影响。精确提取了像素坐标后，依据特定对应关系，将像素坐标转换为物理坐标。

特定对应关系为：依靠传感器的基础标定参数进行确定，在传感器的基础标定阶段，按照一定的间隔，对测量空间内具有已知物理坐标的每一个点逐个采集成像，分别获得这些点的像素坐标，逐个建立起像素坐标和物理坐标的对应关系，标定对应参数存储在传感器的微型计算机4中，每次提取完激光条纹的像素坐标后，通过对应参数即可转换为真实物理坐标。上位机处理器根据物理坐标信息进行物体2d/3d复原。

本实施例公开的一种基于微机的高精度多维线激光传感器的工作方法，通过大视场、高精度、低成本的多维线激光发射器6发射线状激光，利用相机接收物体表面反射的线状激光，微型计算机4采用新的图像提取计算方法，提高了采集精度和抗干扰能力，将处理后的物理坐标数据压缩通过5g无线断点续传技术将数据上传到上位机电脑，保证数据传输的完整性和稳定性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。