一種視野及區域解析度可調的三維雷射掃描裝置的製作方法
2023-05-30 07:46:31
專利名稱：一種視野及區域解析度可調的三維雷射掃描裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於三維信息技術領域，尤其是一種視野及區域解析度可調的三維雷射掃描裝置。
背景技術：
現有技術中單點雷射線的三維掃描裝置主要有兩種一種是將ニ維雷射掃描儀固定在一水平轉軸上，利用電機使掃描儀及其ニ維掃描平面繞該水平轉軸擺動，以此實現三維環境的掃描。若需要對特定區域提高解析度，則在ニ維雷射掃描儀的ニ維掃描平面擺動至該區域時減小電機的轉速，從而增大對該區域的掃描時間，進而提高解析度；若需要降低特定區域的解析度，則相應增大掃描至該區域時的電機轉速即可。但該方式只能通過電機轉速的調節來調整掃描區域垂直方向的解析度，而水平方向的解析度則由ニ維雷射掃描儀 本身在掃描平面上的解析度所決定，無法人為調節。 另ー種常見的掃描方式是將ニ維雷射掃描儀固定在ー豎直轉軸上，利用電機使ニ維雷射掃描儀及其ニ維掃描平面繞該豎直轉軸旋轉，以此實現三維環境的掃描。與上ー種方式一祥，該方式也通過對附加轉軸電機轉速的調節來調整特定掃描區域的解析度，但該方式亦只能提高掃描區域水平方向的解析度，而垂直方向的解析度也無法人為調節。上述兩種掃描方式必須動態調節附加電機的轉速來對解析度進行調節，而在電機勻速轉動時則無法調節掃描解析度，這無疑増大了掃描控制過程的複雜性和可靠性。另外，由於上述兩種掃描方式中二維雷射掃描儀的附加轉軸均與ニ維雷射掃描儀自身的掃描平面平行，故無論如何調整電機的轉速，在整個掃描區域內解析度最大處必然出現在與附加轉軸平行的方向上，無法任意設置解析度最值在視野中的位置。例如，採用上述第一種方式時，水平轉軸兩端方向上的掃描區域的解析度始終最高，而中間部分的解析度始終最低，這往往與實際應用需求不符；而採用上述第二種掃描方式時，掃描區域的兩極(即頂部和底部)處解析度始終最高，而赤道區域(即視野的中間區域)的解析度始終最低。
發明內容為了在附加電機勻速旋轉時也能實現人為地對解析度進行調節，同時克服現有技術中無法同時調整水平與垂直兩個分量上的解析度以及無法任意設置解析度最值在視野中的位置等的不足，本實用新型提供了一種視野及區域解析度可調的三維雷射掃描裝置。本實用新型包括ニ維雷射掃描儀、掃描儀固定架、U形轉架、第一轉軸、滑塊、第二轉軸、L形支架、緊固螺栓、墊片、活塞杆、鉸鏈、電機轉臂和電機；ニ維雷射掃描儀固定安裝於掃描儀固定架的鉗形開口內，二者的幾何中心線在空間上重合，掃描儀固定架的底部中央具有一個活塞筒，活塞筒的軸線與掃描儀固定架的幾何中心線重合。U形轉架的兩臂與掃描儀固定架鉗形開ロ的兩臂通過第一轉軸活動連接，使掃描儀固定架以及ニ維雷射掃描儀可以繞第一轉軸轉動。滑塊與U形轉架通過水平方向的第二轉軸活動連接，使U形轉架連同掃描儀固定架以及ニ維雷射掃描儀可以繞第二轉軸轉動。第二轉軸在空間上與U形轉架的幾何中心線重合，且與第一轉軸共面。L形支架通過其上部豎直方向的導向槽與滑塊滑動連接，使滑塊可以沿導向槽上下滑動，以實現滑塊及ニ維雷射傳感器高度的調節。調節好滑塊高度後，通過緊固螺栓與墊片使滑塊與L形支架的相對位置固定。活塞杆的上端伸入掃描儀固定架底部的活塞筒內，下端則通過鉸鏈與電機轉臂的一端活動連接。電機轉臂的另一端則與電機轉軸的端部固定連接。電機固定於L形支架的底部，電機的轉軸與第一轉軸和第二轉軸所在直線在空間上相交於同一點，使得ニ維雷射掃描儀掃描平面的軸線與電機轉軸所在直線相交成一個銳角。本實用新型具有如下有益效果I.在電機勻速旋轉而不施加轉速控制時，仍可通過對滑塊高度的調節實現掃描解析度及視場角的調節，以適應不同高度對象的要求。2.通過對電機轉速的調節，可以對視野中任意一點的解析度進行調節，而該解析度的調節效果在水平和垂直分量上均能得到體現，從而進ー步提高了掃描質量。 3.掃描解析度的最值在視野中的位置不會局限於固定的區域，使掃描解析度在視野中的分布更趨合理。
圖I是本實用新型的結構示意圖；圖2是掃描原理示意圖；圖3是掃描效果示意圖；圖4是降低滑塊高度以增大視場角後的掃描效果示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進ー步的說明如圖I所示，本實用新型包括ニ維雷射掃描儀I、掃描儀固定架2、U形轉架3、第一轉軸4、滑塊5、第ニ轉軸6、L形支架7、緊固螺栓8、墊片9、活塞杆10、鉸鏈11、電機轉臂12和電機13 ; ニ維雷射掃描儀I固定安裝於掃描儀固定架2的鉗形開口內，二者的幾何中心線在空間上重合，掃描儀固定架2的底部中央具有一個活塞筒，活塞筒的軸線與掃描儀固定架2的幾何中心線重合。U形轉架3的兩臂與掃描儀固定架2鉗形開ロ的兩臂通過第一轉軸4活動連接，使掃描儀固定架2以及ニ維雷射掃描儀I可以繞第一轉軸4轉動。滑塊5與U形轉架3通過水平方向的第二轉軸6活動連接，使U形轉架3連同掃描儀固定架2以及ニ維雷射掃描儀I可以繞第二轉軸6轉動。第二轉軸6在空間上與U形轉架3的幾何中心線重合，且與第一轉軸4共面。L形支架7通過其上部豎直方向的導向槽與滑塊5滑動連接，使滑塊5可以沿導向槽上下滑動，以實現滑塊5及ニ維雷射傳感器I高度的調節。調節好滑塊5高度後，通過緊固螺栓8與墊片9使滑塊5與L形支架7的相對位置固定。活塞杆10的上端伸入掃描儀固定架2底部的活塞筒內，下端則通過鉸鏈11與電機轉臂12的一端活動連接。電機轉臂12的另一端則與電機13轉軸的端部固定連接。電機13固定於L形支架7的底部，電機13的轉軸與第一轉軸4和第二轉軸6所在直線在空間上相交於同一點，使得ニ維雷射掃描儀掃描平面的軸線與電機轉軸所在直線相交成一個銳角。如圖I、圖2所示，以ニ維雷射掃描儀的擺動中心點為原點，第二轉軸所在直線為X軸，豎直方向為Z軸建立三維空間直角坐標系。當電機13通電運行時，其轉軸帶動電機轉臂12、鉸鏈11和活塞杆10繞電機轉軸所在的直線即z軸旋轉，U形轉架3帶動掃描儀固定架2及ニ維雷射掃描儀I繞第二轉軸6往復擺動,與此同時,掃描儀固定架2和ニ維雷射掃描儀I也繞第一轉軸4往復擺動，因此,隨著電機13的旋轉,掃描儀固定架2及ニ維雷射掃描儀I在空間上繞第一轉軸4和第二轉軸6同時作兩個自由度的往復擺動。在擺動過程中，電機13的轉軸、第一轉軸4和第二轉軸6所在直線的交點即擺動中心點在空間上始終保持靜止。ニ維雷射掃描儀I的掃描平面14的軸線與電機13轉軸所在直線相交形成ー個銳角1故ニ維雷射掃描儀I的掃描平面14相對於水平面所成的傾斜角也力1稱為掃描過程中的仰角，令電機轉臂長為ろ，擺動中心點相對於電機13轉軸端部的高度為厶，則仰角
權利要求1.一種視野及區域解析度可調的三維雷射掃描裝置，其特徵在於該裝置包括ニ維雷射掃描儀、掃描儀固定架、U形轉架、第一轉軸、滑塊、第二轉軸、L形支架、緊固螺栓、墊片、活塞杆、鉸鏈、電機轉臂和電機；ニ維雷射掃描儀固定安裝於掃描儀固定架的鉗形開口內，二者的幾何中心線在空間上重合，掃描儀固定架的底部中央具有一個活塞筒，活塞筒的軸線與掃描儀固定架的幾何中心線重合，U形轉架的兩臂與掃描儀固定架鉗形開ロ的兩臂通過第一轉軸活動連接，使掃描儀固定架以及ニ維雷射掃描儀可以繞第一轉軸轉動，滑塊與U形轉架通過水平方向的第二轉軸活動連接，使U形轉架連同掃描儀固定架以及ニ維雷射掃描儀可以繞第二轉軸轉動，第二轉軸在空間上與U形轉架的幾何中心線重合，且與第一轉軸共面，L形支架通過其上部豎直方向的導向槽與滑塊滑動連接，使滑塊可以沿導向槽上下滑動，以實現滑塊及ニ維雷射傳感器高度的調節，調節好滑塊高度後，通過緊固螺栓與墊片使滑塊與L形支架的相對位置固定，活塞杆的上端伸入掃描儀固定架底部的活塞筒內，下端則通過鉸鏈與電機轉臂的一端活動連接，電機轉臂的另一端則與電機轉軸的端部固定連接，電機固定於L形支架的底部，電機的轉軸與第一轉軸和第二轉軸所在直線在空間上相交於同一點，使得ニ維雷射掃描儀掃描平面的軸線與電機轉軸所在直線相交成ー個銳角。
專利摘要本實用新型公開了一種視野及區域解析度可調的三維雷射掃描裝置。它包括二維雷射掃描儀、掃描儀固定架、U形轉架、滑塊、L形支架、活塞杆、鉸鏈、電機和電機轉臂。二維雷射掃描儀安裝於掃描儀固定架和U形轉架上，掃描儀固定架底部通過活塞杆、鉸鏈和電機轉臂與電機的轉軸相連，使得二維雷射掃描儀的掃描平面與水平面成一個銳角，並且在電機的帶動下繞電機轉軸所在直線旋轉。在該方式下，掃描解析度的最值在視野中的位置不會局限於固定的區域，通過附加電機轉速的調節，視野中水平與垂直兩個分量上的解析度可同時得到調整，並且即便在不對電機轉速進行控制的勻速轉動時仍可通過滑塊高度的調節來調整視場角及解析度。
文檔編號G01B11/24GK202547595SQ20122010750
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者張思建, 鄭佳奕, 顏鋼鋒 申請人:杭州經緯自動化有限公司, 浙江大學