專利名稱：一種視野及區(qū)域分辨率可調(diào)的三維激光掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于三維信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種視野及區(qū)域分辨率可調(diào)的三維激光掃描裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中單點(diǎn)激光線的三維掃描裝置主要有兩種一種是將ニ維激光掃描儀固定在一水平轉(zhuǎn)軸上，利用電機(jī)使掃描儀及其ニ維掃描平面繞該水平轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境的掃描。若需要對(duì)特定區(qū)域提高分辨率，則在ニ維激光掃描儀的ニ維掃描平面擺動(dòng)至該區(qū)域時(shí)減小電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而增大對(duì)該區(qū)域的掃描時(shí)間，進(jìn)而提高分辨率；若需要降低特定區(qū)域的分辨率，則相應(yīng)增大掃描至該區(qū)域時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速即可。但該方式只能通過電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來調(diào)整掃描區(qū)域垂直方向的分辨率，而水平方向的分辨率則由ニ維激光掃描儀 本身在掃描平面上的分辨率所決定，無法人為調(diào)節(jié)。 另ー種常見的掃描方式是將ニ維激光掃描儀固定在ー豎直轉(zhuǎn)軸上，利用電機(jī)使ニ維激光掃描儀及其ニ維掃描平面繞該豎直轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以此實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境的掃描。與上ー種方式一祥，該方式也通過對(duì)附加轉(zhuǎn)軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來調(diào)整特定掃描區(qū)域的分辨率，但該方式亦只能提高掃描區(qū)域水平方向的分辨率，而垂直方向的分辨率也無法人為調(diào)節(jié)。上述兩種掃描方式必須動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)附加電機(jī)的轉(zhuǎn)速來對(duì)分辨率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而在電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)則無法調(diào)節(jié)掃描分辨率，這無疑増大了掃描控制過程的復(fù)雜性和可靠性。另外，由于上述兩種掃描方式中二維激光掃描儀的附加轉(zhuǎn)軸均與ニ維激光掃描儀自身的掃描平面平行，故無論如何調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在整個(gè)掃描區(qū)域內(nèi)分辨率最大處必然出現(xiàn)在與附加轉(zhuǎn)軸平行的方向上，無法任意設(shè)置分辨率最值在視野中的位置。例如，采用上述第一種方式時(shí)，水平轉(zhuǎn)軸兩端方向上的掃描區(qū)域的分辨率始終最高，而中間部分的分辨率始終最低，這往往與實(shí)際應(yīng)用需求不符；而采用上述第二種掃描方式時(shí)，掃描區(qū)域的兩極(即頂部和底部)處分辨率始終最高，而赤道區(qū)域(即視野的中間區(qū)域)的分辨率始終最低。
發(fā)明內(nèi)容為了在附加電機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)也能實(shí)現(xiàn)人為地對(duì)分辨率進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)克服現(xiàn)有技術(shù)中無法同時(shí)調(diào)整水平與垂直兩個(gè)分量上的分辨率以及無法任意設(shè)置分辨率最值在視野中的位置等的不足，本實(shí)用新型提供了一種視野及區(qū)域分辨率可調(diào)的三維激光掃描裝置。本實(shí)用新型包括ニ維激光掃描儀、掃描儀固定架、U形轉(zhuǎn)架、第一轉(zhuǎn)軸、滑塊、第二轉(zhuǎn)軸、L形支架、緊固螺栓、墊片、活塞桿、鉸鏈、電機(jī)轉(zhuǎn)臂和電機(jī)；ニ維激光掃描儀固定安裝于掃描儀固定架的鉗形開口內(nèi)，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(gè)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(zhuǎn)架的兩臂與掃描儀固定架鉗形開ロ的兩臂通過第一轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接，使掃描儀固定架以及ニ維激光掃描儀可以繞第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)?；瑝K與U形轉(zhuǎn)架通過水平方向的第二轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接，使U形轉(zhuǎn)架連同掃描儀固定架以及ニ維激光掃描儀可以繞第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。第二轉(zhuǎn)軸在空間上與U形轉(zhuǎn)架的幾何中心線重合，且與第一轉(zhuǎn)軸共面。L形支架通過其上部豎直方向的導(dǎo)向槽與滑塊滑動(dòng)連接，使滑塊可以沿導(dǎo)向槽上下滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)滑塊及ニ維激光傳感器高度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)好滑塊高度后，通過緊固螺栓與墊片使滑塊與L形支架的相對(duì)位置固定。活塞桿的上端伸入掃描儀固定架底部的活塞筒內(nèi)，下端則通過鉸鏈與電機(jī)轉(zhuǎn)臂的一端活動(dòng)連接。電機(jī)轉(zhuǎn)臂的另一端則與電機(jī)轉(zhuǎn)軸的端部固定連接。電機(jī)固定于L形支架的底部，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸所在直線在空間上相交于同一點(diǎn)，使得ニ維激光掃描儀掃描平面的軸線與電機(jī)轉(zhuǎn)軸所在直線相交成一個(gè)銳角。本實(shí)用新型具有如下有益效果I.在電機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)而不施加轉(zhuǎn)速控制時(shí)，仍可通過對(duì)滑塊高度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)掃描分辨率及視場(chǎng)角的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同高度對(duì)象的要求。2.通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可以對(duì)視野中任意一點(diǎn)的分辨率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而該分辨率的調(diào)節(jié)效果在水平和垂直分量上均能得到體現(xiàn)，從而進(jìn)ー步提高了掃描質(zhì)量。 3.掃描分辨率的最值在視野中的位置不會(huì)局限于固定的區(qū)域，使掃描分辨率在視野中的分布更趨合理。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)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(chǎng)角后的掃描效果示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步的說明如圖I所示，本實(shí)用新型包括ニ維激光掃描儀I、掃描儀固定架2、U形轉(zhuǎn)架3、第一轉(zhuǎn)軸4、滑塊5、第ニ轉(zhuǎn)軸6、L形支架7、緊固螺栓8、墊片9、活塞桿10、鉸鏈11、電機(jī)轉(zhuǎn)臂12和電機(jī)13 ; ニ維激光掃描儀I固定安裝于掃描儀固定架2的鉗形開口內(nèi)，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(gè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸4活動(dòng)連接，使掃描儀固定架2以及ニ維激光掃描儀I可以繞第一轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)?；瑝K5與U形轉(zhuǎn)架3通過水平方向的第二轉(zhuǎn)軸6活動(dòng)連接，使U形轉(zhuǎn)架3連同掃描儀固定架2以及ニ維激光掃描儀I可以繞第二轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)。第二轉(zhuǎn)軸6在空間上與U形轉(zhuǎn)架3的幾何中心線重合，且與第一轉(zhuǎn)軸4共面。L形支架7通過其上部豎直方向的導(dǎo)向槽與滑塊5滑動(dòng)連接，使滑塊5可以沿導(dǎo)向槽上下滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)滑塊5及ニ維激光傳感器I高度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)好滑塊5高度后，通過緊固螺栓8與墊片9使滑塊5與L形支架7的相對(duì)位置固定?；钊麠U10的上端伸入掃描儀固定架2底部的活塞筒內(nèi)，下端則通過鉸鏈11與電機(jī)轉(zhuǎn)臂12的一端活動(dòng)連接。電機(jī)轉(zhuǎn)臂12的另一端則與電機(jī)13轉(zhuǎn)軸的端部固定連接。電機(jī)13固定于L形支架7的底部，電機(jī)13的轉(zhuǎn)軸與第一轉(zhuǎn)軸4和第二轉(zhuǎn)軸6所在直線在空間上相交于同一點(diǎn)，使得ニ維激光掃描儀掃描平面的軸線與電機(jī)轉(zhuǎn)軸所在直線相交成一個(gè)銳角。如圖I、圖2所示，以ニ維激光掃描儀的擺動(dòng)中心點(diǎn)為原點(diǎn)，第二轉(zhuǎn)軸所在直線為X軸，豎直方向?yàn)閆軸建立三維空間直角坐標(biāo)系。當(dāng)電機(jī)13通電運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)臂12、鉸鏈11和活塞桿10繞電機(jī)轉(zhuǎn)軸所在的直線即z軸旋轉(zhuǎn)，U形轉(zhuǎn)架3帶動(dòng)掃描儀固定架2及ニ維激光掃描儀I繞第二轉(zhuǎn)軸6往復(fù)擺動(dòng),與此同時(shí),掃描儀固定架2和ニ維激光掃描儀I也繞第一轉(zhuǎn)軸4往復(fù)擺動(dòng)，因此,隨著電機(jī)13的旋轉(zhuǎn),掃描儀固定架2及ニ維激光掃描儀I在空間上繞第一轉(zhuǎn)軸4和第二轉(zhuǎn)軸6同時(shí)作兩個(gè)自由度的往復(fù)擺動(dòng)。在擺動(dòng)過程中，電機(jī)13的轉(zhuǎn)軸、第一轉(zhuǎn)軸4和第二轉(zhuǎn)軸6所在直線的交點(diǎn)即擺動(dòng)中心點(diǎn)在空間上始終保持靜止。ニ維激光掃描儀I的掃描平面14的軸線與電機(jī)13轉(zhuǎn)軸所在直線相交形成ー個(gè)銳角1故ニ維激光掃描儀I的掃描平面14相對(duì)于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(jī)轉(zhuǎn)臂長(zhǎng)為ろ，擺動(dòng)中心點(diǎn)相對(duì)于電機(jī)13轉(zhuǎn)軸端部的高度為厶，則仰角
權(quán)利要求1.一種視野及區(qū)域分辨率可調(diào)的三維激光掃描裝置，其特征在于該裝置包括ニ維激光掃描儀、掃描儀固定架、U形轉(zhuǎn)架、第一轉(zhuǎn)軸、滑塊、第二轉(zhuǎn)軸、L形支架、緊固螺栓、墊片、活塞桿、鉸鏈、電機(jī)轉(zhuǎn)臂和電機(jī)；ニ維激光掃描儀固定安裝于掃描儀固定架的鉗形開口內(nèi)，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(gè)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(zhuǎn)架的兩臂與掃描儀固定架鉗形開ロ的兩臂通過第一轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接，使掃描儀固定架以及ニ維激光掃描儀可以繞第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊與U形轉(zhuǎn)架通過水平方向的第二轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接，使U形轉(zhuǎn)架連同掃描儀固定架以及ニ維激光掃描儀可以繞第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二轉(zhuǎn)軸在空間上與U形轉(zhuǎn)架的幾何中心線重合，且與第一轉(zhuǎn)軸共面，L形支架通過其上部豎直方向的導(dǎo)向槽與滑塊滑動(dòng)連接，使滑塊可以沿導(dǎo)向槽上下滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)滑塊及ニ維激光傳感器高度的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)好滑塊高度后，通過緊固螺栓與墊片使滑塊與L形支架的相對(duì)位置固定，活塞桿的上端伸入掃描儀固定架底部的活塞筒內(nèi)，下端則通過鉸鏈與電機(jī)轉(zhuǎn)臂的一端活動(dòng)連接，電機(jī)轉(zhuǎn)臂的另一端則與電機(jī)轉(zhuǎn)軸的端部固定連接，電機(jī)固定于L形支架的底部，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸所在直線在空間上相交于同一點(diǎn)，使得ニ維激光掃描儀掃描平面的軸線與電機(jī)轉(zhuǎn)軸所在直線相交成ー個(gè)銳角。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種視野及區(qū)域分辨率可調(diào)的三維激光掃描裝置。它包括二維激光掃描儀、掃描儀固定架、U形轉(zhuǎn)架、滑塊、L形支架、活塞桿、鉸鏈、電機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)臂。二維激光掃描儀安裝于掃描儀固定架和U形轉(zhuǎn)架上，掃描儀固定架底部通過活塞桿、鉸鏈和電機(jī)轉(zhuǎn)臂與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，使得二維激光掃描儀的掃描平面與水平面成一個(gè)銳角，并且在電機(jī)的帶動(dòng)下繞電機(jī)轉(zhuǎn)軸所在直線旋轉(zhuǎn)。在該方式下，掃描分辨率的最值在視野中的位置不會(huì)局限于固定的區(qū)域，通過附加電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，視野中水平與垂直兩個(gè)分量上的分辨率可同時(shí)得到調(diào)整，并且即便在不對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)仍可通過滑塊高度的調(diào)節(jié)來調(diào)整視場(chǎng)角及分辨率。
文檔編號(hào)G01B11/24GK202547595SQ20122010750
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者張思建, 鄭佳奕, 顏鋼鋒 申請(qǐng)人:杭州經(jīng)緯自動(dòng)化有限公司, 浙江大學(xué)