一种三维激光扫描仪校准装置的制作方法

1.本发明属于三维激光扫描仪校准技术领域，涉及一种三维激光扫描仪校准装置。


背景技术：

2.三维激光扫描仪主要用于大尺寸空间坐标测量领域，它通过激光测距原理实现被测对象三维点云数据的准确获取。为了确定三维激光扫描仪的计量性能是否满足要求，需要定期对三维激光扫描仪的测量精度进行校准。
3.传统校准方法包括对称测试法、不对称测试和相对距离测试法等，其中对称测试和不对称测试主要通过靶球墙来完成，靶球墙固定在恒温的室内，放置靶球的位置都是提前使用激光跟踪仪测算得到，需要将若干个靶球分别放置在指定位置，增加了靶球的数量，增加了测试成本；另外，相对距离测试法主要通过大长度的直线导轨来完成，靶球按照设定的距离在导轨上移动。目前完成上述测试需要通过两种不同的测试装置在指定场地才能完成，操作繁琐，而且对测试装置制作和安装的精度要求较高，大大增加了校准所需的成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种三维激光扫描仪校准装置，能够根据测量要求改变两个标靶球的位置来校准三维扫描仪的测量精度，满足不同测试的要求，操作简单。
5.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
6.一种三维激光扫描仪校准装置，包括：底座，所述底座的下侧面转动设有第一转轴，所述第一转轴的两端均设有轨道轮；
7.连接块，所述连接块通过驱动机构设置在底座的上方，所述驱动机构能够带动连接块竖直上下移动，所述连接块上设有支撑杆；
8.转动块，所述转动块设置在支撑杆的上端，所述转动块的一侧面上转动设有第二转轴，所述第二转轴的外端设有第二圆管，所述第二圆管的一端设有第一标靶球，所述第二圆管内滑动设置有圆杆，所述圆杆的一端伸出第二圆管远离第一标靶球的一端且端部设有第二标靶球；
9.第一限位机构，所述第一限位机构设置在第二圆管内，所述第一限位机构能够根据需要将圆杆固定在指定位置；
10.第二限位机构，所述第二限位机构设置在转动块上，所述第二限位机构能够根据需要将第二圆管固定在指定角度。
11.优选地，所述驱动机构包括：
12.第一螺杆，所述第一螺杆同轴转动设置在连接块的下侧面上，所述第一螺杆上螺纹连接有内螺纹套管；
13.驱动组件，所述驱动组件设置在螺杆的下端，所述驱动组件能够带动螺杆转动；
14.若干个支撑结构，若干个所述支撑结构沿周向设置在连接块的外侧，所述支撑结
构具有：第一连杆，所述第一连杆的上端铰接在连接块的侧边，所述第一连杆的下端滑动设置在底座上；第二连杆，所述第二连杆的一端铰接在内螺纹套管的外侧，另一端铰接在第一连杆上。
15.优选地，所述驱动组件包括：
16.固定块，所述固定块固设在螺杆的下端上；
17.若干个手柄，若干个所述手柄沿周向水平设置在固定块的外侧。
18.优选地，所述底座的上侧面沿第一螺杆的周向开设有若干个第一滑槽，所述第一滑槽的两侧壁上水平开设有两个第二滑槽，若干个所述第一滑槽和若干个第一连杆一一对应，所述第一连杆的下端设有固定轴，所述固定轴的两端分别插入到相对应第一滑槽的两个第二滑槽内，位于第一连杆两侧的固定轴上分别转动设置有两个滚轮，所述滚轮的轮面与第一滑槽的底部相接触。
19.优选地，所述第一限位机构包括：
20.两个滑槽孔，两个所述滑槽孔沿长度方向开设在第二圆管的外侧；
21.两个立柱，两个所述立柱分别设置在圆杆的两侧，两个所述立柱和两个滑槽孔一一对应，所述立柱穿出相对应的滑槽孔延伸至第二圆管的外侧，所述立柱上设有外螺纹，位于第二圆管外侧的立柱上螺纹连接有第一蝶形螺母。
22.优选地，两个所述立柱的外端之间连接有连接环，所述连接环的外侧设有橡胶套。
23.优选地，所述第二限位机构包括：
24.角度板，所述角度板固设在转动块远离第二圆管的一侧，所述角度板上绕第二转轴的周向开设有弧形孔，所述角度板上绕第二转轴的周向设有角度标尺，；
25.转动板，所述第二转轴的端部穿出角度板且端部与转动板固连，所述转动板上设有第二螺杆，所述第二螺杆穿过弧形孔且端部设有封板，位于角度板两侧的第二螺杆上分别螺纹连接有两个第二蝶形螺母。
26.优选地，所述转动板上沿长度方向开设有穿孔，所述穿孔的中部设有指示线。
27.优选地，所述转动块的下侧面绕支撑杆的周向设有弧形滑槽，所述弧形滑槽的两端均设有限位盲孔，所述支撑杆上设有延伸板，所述延伸板上设有第一圆管，所述第一圆管上竖直滑动设有限位杆，所述限位杆的下端和延伸板之间设有弹簧，所述限位杆的上端延伸至弧形滑槽内且端部与弧形滑槽的底部顶紧，当转动块转动时，至少有两个位置，所述限位杆的上端能够插入到两个限位盲孔内。
28.优选地，所述第一圆管的外侧竖直开设有导向孔，所述限位杆上水平设有拨杆，所述拨杆穿过导向孔延伸至第一圆管的外侧。
29.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
30.1、初始状态，第一标靶球和第二标靶球到第二转轴的距离相同，使三维激光扫描仪位于第二转轴的轴线延长线上，此时可以转动第二圆管的角度，当转动至指定角度后，通过第二限位机构将第二圆管固定在当前角度，完成对称测试，测试点对点精度；通过滑动圆杆，改变第二标靶球到第二转轴的距离，当第二标靶球移动至指定距离后，通过第一限位机构将圆杆固定在当前位置，完成不对称测试，再次测试点对点精度，通过第二圆管转动和圆杆滑动能够使第一标靶球和第二标靶球达到指定位置，仅使用两个标靶球就可以满足不同的测试要求，操作简单，同时大大降低了测试的成本；
31.2、为了配合三维激光扫描仪的使用要求，通过驱动组件，带动螺杆转动，使螺杆上的内螺纹套管转动，由于内螺纹套管受到第二连杆的限位作用，仅能上下移动，当内螺纹套管向上移动时，通过第二连杆拉动第一连杆的下端向内移动，使连接块带动第一连杆竖直向上移动，抬升第二转轴的高度，当内螺纹套管向下移动时，通过第二连杆拉动第一连杆的下端向外移动，使连接块带动第一连杆竖直向下移动，降低第二转轴的高度，满足三维激光扫描仪不同高度的测试要求；
32.3、第一连杆的下端通过固定轴滑动设置在两个第二滑槽内，两个第二滑槽能够限定第一连杆的滑动范围，同时固定轴上的滚轮在第一滑槽的底部滚动，减小固定轴滑动的阻力，使其滑动的更加顺畅；
33.4、初始状态，两个第一蝶形螺母远离第二圆管的外侧壁，通过推拉连接环调整圆杆的位置后，转动第一蝶形螺母，使第一蝶形螺母接触并压紧第二圆管，将圆杆固定在当前位置，操作简单；
34.5、由于转动板和第二圆管的角度方向一致，当转动第二圆管时,转动板跟着转动，通过角度板上的角度标尺确定转动板和第二圆管转动的角度，当转动板转动至指定角度后，将两个第二蝶形螺母向角度板方向转动并接触压紧，将转动板和第二圆管固定在当前角度，操作简单；
35.6、初始状态，第二转轴正对前方，限位杆的上端插入到弧形滑槽一端的限位盲孔内，当三维激光扫描仪仅需要测试一个标靶球时，向下拨动拨杆，压缩弹簧，使限位杆的上端滑出限位盲孔，然后沿着弧形滑槽滑动至另一端的限位盲孔内，此时转动块转动90度，第二转轴正对侧面，然后将底座放置在两个导轨上，滑动底座，改变标靶球和三维激光扫描仪的水平距离，完成相对距离测试，操作简单。
附图说明
36.图1是本发明的俯视图；
37.图2是图1中a-a处的剖视图；
38.图3是图1中b-b处的剖视图；
39.图4是图2中c-c处的剖视图；
40.图5是图2中d-d处的剖视图；
41.图6是图2中e处的局部放大图；
42.图7是图3中f-f处的剖视图；
43.图8是对称测试的示意图；
44.图9是不对称测试的示意图；
45.图10是相对距离测试的示意图；
46.图11是内侧测试的示意图。
47.图中，1底座；11、第一转轴；111、轨道轮；112、固定板；12、第一滑槽；13、第二滑槽；2、连接块；21、第一螺杆；211、固定块；212、手柄；22、内螺纹套管；23、第一连杆；231、固定轴；232、滚轮；24、第二连杆；3、支撑杆；31、延伸板；32、第一圆管；321、导向孔；33、限位杆；331、拨杆；34、弹簧；4、转动块；41、第二转轴42、第二圆管；421、滑槽孔；43、圆杆；431、立柱；432、外螺纹；433、第一蝶形螺母；434、连接环；44、第一标靶球；45、第二标靶球；46、弧形滑
槽；461、限位盲孔；5、角度板；51、弧形孔；6、转动板；61、第二螺杆；62、第二蝶形螺母；63、穿孔；631、指示线；7、导轨。
具体实施方式
48.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
49.如图1至7所示，一种三维激光扫描仪校准装置，其特征在于，包括底座1连接块2、转动块4、第一限位机构和第二限位机构。
50.所述底座1的下侧面转动设有第一转轴11，所述第一转轴11的两端均设有轨道轮111，所述地面上平行设有两条导轨7，底座1两侧的轨道轮111滚动设置在两个导轨7上，使底座1可以沿导轨7水平移动。
51.所述连接块2通过驱动机构竖直滑动设置在底座1的上方，所述连接块2上设有支撑杆3。
52.所述驱动机构包括第一螺杆21、驱动组件和若干个支撑结构。
53.所述第一螺杆21同轴转动设置在连接块2的下侧面上，所述第一螺杆21上螺纹连接有内螺纹套管22。
54.所述驱动组件设置在螺杆21的下端，所述驱动组件包括固定块211和若干个手柄212，所述固定块211固设在螺杆21的下端上，，若干个所述手柄212沿周向水平设置在固定块211的外侧。
55.若干个所述支撑结构沿周向设置在连接块2的外侧，所述支撑结构包括第一连杆23和第二连杆24，所述第一连杆23的上端铰接在连接块2的侧边，所述第一连杆23的下端滑动设置在底座1上，所述第二连杆24的一端铰接在内螺纹套管22的外侧，另一端铰接在第一连杆23上。
56.具体来说，所述底座1的上侧面沿第一螺杆21的周向开设有若干个第一滑槽12，所述第一滑槽12的两侧壁上水平开设有两个第二滑槽13，若干个所述第一滑槽12和若干个第一连杆23一一对应，所述第一连杆23的下端设有固定轴231，所述固定轴231的两端分别插入到相对应第一滑槽12的两个第二滑槽13内，位于第一连杆23两侧的固定轴231上分别转动设置有两个滚轮232，所述滚轮232的轮面与第一滑槽12的底部相接触。
57.第一连杆23的下端通过固定轴231滑动设置在两个第二滑槽13内，两个第二滑槽13能够限定第一连杆23下端的滑动范围，同时固定轴231上的滚轮232在第一滑槽12的底部滚动，减小固定轴231滑动的阻力，使其滑动的更加顺畅。
58.为了配合三维激光扫描仪的使用要求，转动手柄212，带动固定块211和螺杆21转动，使螺杆21上的内螺纹套管22转动，由于内螺纹套管22受到第二连杆24的限位作用，仅能上下移动，当内螺纹套管22向上移动时，通过第二连杆24拉动第一连杆23的下端向内移动，使连接块2带动第一连杆23竖直向上移动，抬升第二转轴41的高度，当内螺纹套管22向下移动时，通过第二连杆24拉动第一连杆23的下端向外移动，使连接块2带动第一连杆23竖直向下移动，降低第二转轴41的高度，满足三维激光扫描仪不同高度的测试要求。
59.所述转动块4设置在支撑杆3的上端，所述转动块4的一侧面上转动设有第二转轴41，所述第二转轴41的外端设有第二圆管42，所述第二圆管42的一端设有第一标靶球44，所
述第二圆管42内滑动设置有圆杆43，所述圆杆43的一端伸出第二圆管42远离第一标靶球44的一端且端部设有第二标靶球45，初始状态，第一标靶球44和第二标靶球45到第二转轴41之间的距离相同。
60.优选地，所述第二圆管42和圆杆43可以采用殷瓦钢材料制成，利用其较低的热膨胀系数，使其在较宽的温度范围内都能保持固定的长度，不会发生变形。
61.所述第一限位机构设置在第二圆管42内，所述第一限位机构能够根据需要将圆杆43固定在指定位置。
62.所述第二限位机构设置在转动块4上，所述第二限位机构能够根据需要将第二圆管42固定在指定角度。
63.将三维激光扫描仪也放置在导轨7上，然后通过转动手柄212调整转动块4和第二转轴41的高度位置，使三维激光扫描仪处于第二转轴41的轴线延长线上，此时可以转动第二圆管42的角度，当转动至指定角度后，通过第二限位机构将第二圆管42固定在当前角度，先使用激光跟踪仪测算出第一标靶球44到第二标靶球45球心之间的距离，然后再用三维激光扫描仪完成对称测试，如图8所示，测试点对点精度。
64.通过滑动圆杆43，改变第二标靶球45到第二转轴41的距离，当第二标靶球45移动至指定距离后，通过第一限位机构将圆杆43固定在当前位置，然后改变转动块4和第二转轴41的高度位置，先使用激光跟踪仪测算出第一标靶球44到第二标靶球45球心之间的距离，然后再用三维激光扫描仪完成不对称测试，如图9所示，再次测试点对点精度。通过第二圆管42转动和圆杆43滑动能够使第一标靶球44和第二标靶球45达到指定位置，仅使用两个标靶球就可以满足不同的测试要求，操作简单，同时大大降低了测试的成本。
65.在本实施例中，所述第一限位机构包括两个滑槽孔421和两个立柱431。
66.两个所述滑槽孔421沿长度方向开设在第二圆管42的外侧。
67.两个所述立柱431分别设置在圆杆43的两侧，两个所述立柱431和两个滑槽孔421一一对应，所述立柱431穿出相对应的滑槽孔421延伸至第二圆管42的外侧，所述立柱431上设有外螺纹432，位于第二圆管42外侧的立柱431上螺纹连接有第一蝶形螺母433。优选地，两个所述立柱431的外端之间连接有连接环434，所述连接环434的外侧设有橡胶套
68.初始状态，两个第一蝶形螺母433远离第二圆管42的外侧壁，通过推拉连接环434调整圆杆的位置后，转动第一蝶形螺母433，使第一蝶形螺母433接触并压紧第二圆管42，将圆杆43固定在当前位置，操作简单。
69.优选地，圆杆43上设有长度标尺，当第一标靶球44和第二标靶球45到第二转轴41的距离一致时，圆杆43上的长度标尺刻度为0，此时立柱431位于滑槽孔421靠近第一标靶球44的一端，当圆杆43向外滑出时，可以通过长度标尺来读出滑出的距离a，然后在制作时可以测算出第一标靶球44到第二转轴41的中心距离l，因此可以直接得出第一标靶球44到第二标靶球45的球心距离s＝2l+a，可以减少激光跟踪仪的测算次数。
70.在本实施例中，所述第二限位机构包括角度板5和转动板6。
71.所述角度板5固设在转动块4远离第二圆管42的一侧，所述角度板5上绕第二转轴41的周向开设有弧形孔51，所述角度板5上绕第二转轴41的周向设有角度标尺。
72.所述第二转轴41的端部穿出角度板5且端部与转动板6固连，优选地，所述转动板6和第二圆管42的角度方向一致，所述转动板6上设有第二螺杆61，所述第二螺杆61穿过弧形
孔51且端部设有封板63，位于角度板5两侧的第二螺杆61上分别螺纹连接有两个第二蝶形螺母62。优选地，所述转动板6上沿长度方向开设有穿孔63，所述穿孔63的中部设有指示线631，所述指示线631位红色。
73.由于转动板6和第二圆管42的角度方向一致，当转动第二圆管42时,转动板6跟着转动，通过角度板5上的角度标尺确定转动板6和第二圆管42转动的角度，当转动板6转动至指定角度后，将两个第二蝶形螺母62向角度板5方向转动并接触压紧，将转动板6和第二圆管42固定在当前角度，操作简单。
74.在本实施例中，所述转动块4的下侧面绕支撑杆3的周向设有弧形滑槽46，所述弧形滑槽46的两端均设有限位盲孔461，所述支撑杆3上设有延伸板31，所述延伸板31上设有第一圆管32，所述第一圆管32上竖直滑动设有限位杆33，所述限位杆33的下端和延伸板31之间固连有弹簧34，所述限位杆33的上端延伸至弧形滑槽46内且端部与弧形滑槽46的底部顶紧，当转动块4转动时，至少有两个位置，所述限位杆33的上端能够插入到两个限位盲孔461内，所述第一圆管32的外侧竖直开设有导向孔321，所述限位杆33上水平设有拨杆331，所述拨杆331穿过导向孔321延伸至第一圆管32的外侧。
75.初始状态，第二转轴41正对前方，限位杆33的上端插入到弧形滑槽46一端的限位盲孔461内，当三维激光扫描仪仅需要测试一个标靶球时，向下拨动拨杆331，压缩弹簧34，使限位杆33的上端滑出限位盲孔461，然后沿着弧形滑槽46滑动至另一端的限位盲孔461内，此时转动块6转动90度，第二转轴41正对侧面，然后将底座1放置在两个导轨7上，滑动底座1，改变标靶球和三维激光扫描仪的水平距离，完成相对距离测试，如图10所示，操作简单。
76.优选地，可以在两个导轨7上放置两个校准装置，将三维激光扫描仪放置在两个校准装置的中间，使两个校准装置的一个标靶球与三维激光扫描仪处于同一水平直线上，通过改变两个校准装置距离三维激光扫描仪的距离，完成内侧测试，如图11所示。
77.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
78.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。