一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置

本发明涉及一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置，属于机械设备领域。

背景技术：

1、为了提高高空作业环境下的堆场进行动态监控激光扫描三维场景重绘的效率，但由于目前同类型固定式自旋转扫描装置会出现芯线会出现缠绕、打结、拧裂问题，结构难以高空安装而通用性较低，无法进行360°多圈连续性扫描和间歇定角扫描，所以目前堆场高空使用的激光盘堆装置，主要是轨道移动式，扫描装置小车沿着滑轨轨道绕圈扫描，生成堆场表面三维点云图，经过上位机盘堆软件对点云数据进行处理，生成被测堆场体积的立体图，并计算得出被测煤炭的体积，最后得出盘堆结果。

2、目前激光扫描盘堆方式中采用固定式激光扫描与移动式激光扫描两种，以煤场为例，中国专利公告cn113512345a，发明创造的名称为“一种行车固定式盘煤系统和盘煤方法”，涉及一种行车固定式盘煤系统，系统包括行车装置，安装于煤棚底部，行车装置于煤垛上方做往复滑移运动。此方案虽然可以具有提高盘煤的效率，但是盘煤装置在行车过程中，扫描仪器周向旋转会导致芯线缠绕拧裂，增加布线维修次数，降低了扫描装置的使用寿命。中国专利公告cn109110513a，发明创造的名称为“一种封闭煤场移动式盘煤小车”、中国专利公告cn107402052a，发明创造的名称为“一种自行走的智能堆体测量系统”以及中国专利公告cn201910514617，发明创造名称为“一种封闭煤场环形单轨移动式激光盘煤装置”，上述三发明创造申请案均公开了在轨道上利用轮式移动装置搭载扫描仪，利用行程编码器对行走装置进行定位扫描，自动化程度较高，其不足之处在于均采用轨道，因此轨道安装的要求高，同时受激光扫描仪的扫描范围限制，因此不仅增加了材料成本，又增加了编写盘煤软件系统的难度，另外上述方案实施复杂，高空环境的通用性不足。

3、中国专利公告cn202222474575，发明创造的名称为“激光扫描仪与无人机的连接结构”，涉及激光扫描仪安装结构技术领域，包括激光扫描仪主体和无人机连接板，从而实现安装模块与无人机连接板之间的锁紧定位，简化了将激光扫描仪与无人机之间的对接步骤，提高了拆装过程的操作效率，但是其不足之处在于该方式需专业技术人员操作，使用维护成本高，同时受天气、现场环境因素影响大，另外，扫描仪安装在无人机上，其在飞行过程中的飞行高度稳定性无法保证，从而影响扫描的精度。

4、综上所述，目前固定式自旋转的激光扫描装置中，扫描效率低，芯线会出现缠绕、打结、拧裂问题，结构难以高空安装而通用性较低，因此亟需一种无缠拧、高效率且可连续性定角旋转的激光扫描设备来解决现有的技术问题。

技术实现思路

1、针对目前同类型固定式自旋转扫描装置，不仅芯线会出现缠绕、打结、拧裂问题，结构难以高空安装而通用性较低，无法进行360°多圈连续性扫描和间歇定角度扫描，而且扫描时出现机身遮挡导致扫描场景不全面的问题。本发明的目的是提供一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置，进一步降低了控制系统的复杂程度，提高了高空扫描装置的通用性，提高了此类激光扫描设备的扫描角度精确度、解决了芯线缠绕拧裂问题，提高了激光扫描设备的使用寿命。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现的。

3、一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置由高空悬挂箱、驱动定位装置、激光扫描装置和驱动控制系统组成。所述的高空悬挂箱由l形悬挂侧耳、双层安装箱体构成，其中下层的驱动平台承重定位板与上层的控制平台承重定位板，连接支撑柱、导电环固定架，构成双层安装箱体，连接支撑柱四个为一组，均布在驱动平台承重定位板与控制平台承重定位板之间的四角上，连接柱两端均设置有内螺纹，一组螺栓分别从驱动平台承重定位板下表面穿过开有的通孔与连接柱一端紧固，另一组螺栓依次从控制平台承重定位板上表面穿过开有的通孔与连接柱另一端紧固，一组l形悬挂侧耳分布在箱体两侧固定，侧耳可悬挂安装在高空环境下的工作位置。所述的驱动定位装置由驱动平台承重定位板、中心旋转阶梯轴、载重推力轴承、驱动电机、联轴器、蜗轮、平键ⅰ、蜗杆、传动正齿轮、传动c齿轮、平键ⅱ、一组2个蜗杆定位支撑架、一组2个旋转球轴承、编码器、编码器固定架、安装平台连接板、导电环构成。驱动定位装置上的驱动平台承重定位板正中心设有沉孔，用来穿过中心旋转阶梯轴及有载重推力轴承，载重推力轴承设置在驱动平台承重定位板的上表面中心通孔处，中心旋转阶梯轴穿过载重推力轴承中心孔，中心旋转阶梯轴的轴环下表面与载重推力轴承上端面对齐连接，中心旋转阶梯轴轴肩与轴头分别设有键槽，轴肩通过平键ⅰ与蜗轮连接固定，传动正齿轮通过平键ⅱ与中心旋转阶梯轴的轴头连接固定，中心旋转阶梯轴的轴伸与安装平台连接板连接固定，导电环设置在中心旋转阶梯轴的上端，蜗杆、蜗杆定位支撑架与驱动电机设置在驱动平台承重定位板上表面的左侧，蜗杆的齿面与蜗轮的齿面啮合，蜗杆伸出端通过联轴器驱动电机紧固连接，编码器固定架设置在驱动平台承重定位板右侧，编码器通过连接固定在编码器固定架，编码器的转轴垂直于驱动平台承重定位板向上与传动c齿轮内孔紧固连接，传动c齿轮的齿面与传动正齿轮齿面啮合。安装平台连接板设置在激光扫描仪器与中心旋转阶梯轴的轴伸端面之间，两组螺栓穿过安装平台连接板上开有的通孔分别与激光扫描仪器和中心旋转阶梯轴的轴伸端面的安装孔紧固连接。所述的驱动定位装置中驱动电机为步进电机，编码器为绝对值编码器，所述的驱动控制系统包括运动控制盒、电机驱动器、直流开关电源、数据储存转换装置，固定连接在控制平台承重定位板上表面的四周。

4、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

5、1)本发明采用l形双侧耳悬挂箱体，l形侧耳的一面与箱体左侧通过螺栓穿过螺纹通孔紧固连接，l形侧耳的另一面，即可在室外空中高架、轨道、悬梁、绳索等工作位置进行悬挂固定，又可在室内环境的煤场、水泥场、及沙场等堆场使用，可适应多变的高空环境工作位置，增加了高空场景的通用性。

6、2)本发明通过中心旋转阶梯轴、蜗轮、传动正齿轮、激光扫描仪器四者同轴心的布置，激光扫描仪器在水平面可进行周向360°连续或间歇旋转扫描，增大了扫描范围；通过激光扫描仪器布置在箱体之下，使激光扫描仪器在水平面不会被机身遮挡，可进行无障碍扫描，增大了扫描的视角和范围，避免了在扫描时出现机身遮挡导致扫描场景不全面的问题。

7、3)本发明通过步进电机经蜗轮蜗杆减速传动并结合齿轮啮合适配绝对值编码器，结合控制系统的信息调控与整合，不仅可实现周向旋转扫描、间歇旋转定角扫描、定方位扫描多种扫描方式，又可实现自主反馈扫描角度定位，并且减少了控制系统难度；采用齿轮啮合传动形式，提高了装置扫描的数据精度。

8、4)通过导电环嵌入中心旋转阶梯轴内通孔的同轴心布置，导电环下端芯线连接扫描仪芯线并随激光扫描装置旋转而旋转，导电环上端芯线经导电环固定架紧固不会周向旋转运动，不仅简化了装置结构，使布线简单规整，也解决了同类型固定式自旋转扫描装置由于芯线一端旋转一端固定而产生的芯线缠绕、打结、拧裂等问题，提高了扫描装置的使用寿命。

技术特征：

1.一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置，其特征在于：高空固定式三维场景重绘激光扫描装置由高空悬挂箱、驱动定位装置、激光扫描仪器和驱动控制系统组成，驱动定位装置能带动激光扫描仪器在水平面进行周向360°连续或间歇转动。

2.如权利要求1所述的一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置，其特征在于：所述的高空悬挂箱由l形悬挂侧耳(1)、双层安装箱体(2)构成，其中下层的驱动平台承重定位板(7)与上层的控制平台承重定位板(4)，连接支撑柱(5)、导电环固定架(3)，构成双层安装箱体(2)，连接支撑柱(5)四个为一组，均布在驱动平台承重定位板(7)与控制平台承重定位板(4)之间的四角上，一组l形悬挂侧耳(5)分布在箱体两侧固定，侧耳可悬挂安装在高空环境下的工作位置。

3.如权利要求1所述的一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置，其特征在于：所述的驱动定位装置包括驱动平台承重定位板(7)、中心旋转阶梯轴(12)、载重推力轴承(15)、驱动电机(6)、联轴器(8)、蜗轮(16)、平键ⅰ(22)、蜗杆(10)、传动正齿轮(18)、传动c齿轮(19)、平键ⅱ(23)、两个蜗杆定位支撑架(9)、两个旋转球轴承(21)、编码器(11)、编码器固定架(17)、安装平台连接板(14)和导电环(20)；驱动定位装置上的驱动平台承重定位板(7)正中心设有沉孔，用来穿过中心旋转阶梯轴及载重推力轴承(15)，载重推力轴承(15)设置在驱动平台承重定位板(7)的上表面中心通孔处，中心旋转阶梯轴(12)穿过中心通孔且轴环下表面与载重推力轴承(15)上端面对齐连接，中心旋转阶梯轴(12)内部中空，中心旋转阶梯轴(12)轴肩与轴头分别设有键槽，轴肩通过平键ⅰ(22)与蜗轮(16)连接固定，传动正齿轮(18)通过平键ⅱ(23)与中心旋转阶梯轴(12)的轴头连接固定，中心旋转阶梯轴(12)的轴伸与安装平台连接板(14)连接固定，导电环(20)设置在中心旋转阶梯轴(12)的上端，蜗杆(10)、蜗杆定位支撑架(9)与驱动电机(6)设置在驱动平台承重定位板(7)上表面的左侧，蜗杆(10)的齿面与蜗轮(16)的齿面啮合，蜗杆(10)伸出端通过联轴器(8)与驱动电机紧固连接，编码器固定架(17)设置在驱动平台承重定位板(7)右侧，编码器(11)通过连接固定在编码器固定架(22)，编码器(11)的转轴垂直于驱动平台承重定位板(7)向上且与传动c齿轮(19)内孔紧固连接，传动c齿轮(19)的齿面与传动正齿轮(18)齿面啮合；安装平台连接板(14)设置在激光扫描仪器(13)与中心旋转阶梯轴(12)的轴伸端面之间，两组螺栓穿过安装平台连接板(14)上开有的通孔分别与激光扫描仪器(13)和中心旋转阶梯轴(12)的轴伸端面的安装孔紧固连接。

4.如权利要求1所述的一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置，其特征在于：所述的驱动定位装置中驱动电机(6)为步进电机，编码器(11)为绝对值编码器。

5.如权利要求1所述的一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置，其特征在于：所述的驱动控制系统包括运动控制盒、电机驱动器、直流开关电源和数据储存转换装置，所述的驱动控制系统固定连接在控制平台承重定位板(9)上表面的四周。

技术总结
本发明涉及一种高空固定式三维场景重绘激光扫描装置，属于机械设备领域。高空固定式三维场景重绘激光扫描装置由高空悬挂箱、驱动定位装置、激光扫描仪器和驱动控制系统组成。本发明的高空固定式三维场景重绘激光扫描装置采用L形双耳悬挂箱体，可适用多变的高空位置，增加了高空场景的通用性；通过蜗轮蜗杆减速传动并结合齿轮啮合，实现扫描仪器绕中心连续或定角间歇周向旋转扫描，并减少了控制系统难度，齿轮啮合提高了扫描仪器的数据精度；通过适配绝对值编码器实现自主反馈扫描角度定位；通过中心旋转阶梯轴与导电环同轴心布置，解决了同类型固定式自旋转扫描装置的芯线缠绕、打结、拧裂等问题，简化了装置结构，提高了扫描装置的使用寿命。

技术研发人员：李红军,王小芳,陈伟,张弛,张成俊,江维
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15