專利名稱：一種用于設(shè)計(jì)線激光三維掃描儀的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于設(shè)計(jì)掃描儀的裝置，特別是關(guān)于一種基于三角法原理的用于設(shè)計(jì)線激光三維掃描儀的方法及裝置。
背景技術(shù)：
基于三角法的線激光三維掃描儀，其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中主要是根據(jù)掃描儀的性能指標(biāo)進(jìn)行理論計(jì)算，初步選擇掃描儀主要元器件的參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。有些采用光學(xué)仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，如ZEMAX軟件，確定需求是否合理，選擇的元件參數(shù)是否滿足掃描儀需求，安裝空間是否發(fā)生干涉等。
如圖1所示，掃描儀要得到的參數(shù)包括1、鏡頭焦距f；2、鏡頭光軸和激光平面的夾角θ；3、鏡頭中心和激光平面的距離F；4、CCD(電荷耦合器件，CMOS，或其它成像設(shè)備)和鏡頭的夾角γ；5、CCD和鏡頭中心的距離d；6、最佳測量距離D等。掃描儀性能指標(biāo)包括測量范圍內(nèi)的分辨率和最佳測量距離D。
根據(jù)線激光三維掃描儀主要元器件的參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定上述兩個性能指標(biāo)的原理如下光軸和激光平面的夾角θ與測量的分辨率和測量范圍，最佳測量距離D之間的關(guān)系是夾角θ越大，測量分辨率就越大，測量范圍就越小；對于給定了最佳測量距離D、測量范圍和CCD成像面的情況下，夾角θ存在一個最大值，當(dāng)夾角θ超過此值，則不能滿足測量范圍的要求；同時夾角θ存在一個最小值，當(dāng)夾角θ小于此值，也不能滿足測量精度的要求。夾角θ角同時影響掃描頭的尺寸，對于同樣的最佳測量距離D，夾角θ越大，距離F越大，因此夾角θ值要在上述條件制約下進(jìn)行選擇。
對于鏡頭的焦距f與測量的分辨率和測量范圍有關(guān)的參數(shù)為焦距f越大，測量分辨率越大，而測量范圍越??；根據(jù)要測量的最佳測量距離D，可以計(jì)算得出鏡頭中心和激光平面的距離F。
從以上描述可以看出，由于在計(jì)算或者仿真測試過程中，很難保證所有光學(xué)幾何參數(shù)的準(zhǔn)確值，如鏡頭光心的位置、CCD成像面的準(zhǔn)確位置等，同時CCD分辨率和焦深在仿真中也很難體現(xiàn)，所以成像位置不能準(zhǔn)確定位出來，特別是CCD的參數(shù)不能準(zhǔn)確仿真得到。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供可以精確、方便的得到掃描儀的所有參數(shù)的用于設(shè)計(jì)線激光三維掃描儀的方法及裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種用于設(shè)計(jì)線激光三維掃描儀的方法，其是在一按照實(shí)際產(chǎn)品的鏡頭光軸方向和激光出射平面之間夾角設(shè)計(jì)的支架上，固定連接一激光出射面平板來代替激光出射平面，并將最佳成像位置，測量范圍標(biāo)記在激光出射平面板上，然后通過調(diào)節(jié)設(shè)置在所述支架下方的成像設(shè)備微動平臺，精確測量得到成像設(shè)備和光學(xué)鏡頭的夾角、成像設(shè)備與光學(xué)鏡頭中心距離的數(shù)據(jù)，以確定激光三維掃描儀的設(shè)計(jì)參數(shù)。
一種用于設(shè)計(jì)線激光三維掃描儀的裝置，其特征在于它包括一鏡頭-激光支架、一激光出射面平板和一具有三維自由度的成像設(shè)備微動平臺；所述激光出射面平板與實(shí)際產(chǎn)品的激光平面位置對應(yīng)連接在所述支架上，所述激光出射面平板上標(biāo)記有最佳成像位置，測量范圍，所述成像設(shè)備微動平臺設(shè)置在所述支架的下方，其包括相互連接的左右微動平臺、前后微動平臺和水平旋轉(zhuǎn)微動平臺。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于設(shè)置了一具有平面板和折彎板的支架，因此安裝在平面板上的光學(xué)鏡頭與安裝在折彎板背部的激光器射出的激光出射平面的夾角θ即為一定數(shù)，且二者之間的相對位置可以保證固定不變，從而可以保證在獲得參數(shù)的準(zhǔn)確性。2、本發(fā)明采用激光出射面平板替代激光出射平面，一旦其與光學(xué)鏡頭之間的角度確定后，在移動和測量過程中，這種位置關(guān)系不會發(fā)生變換，因此可以保證最終確定的產(chǎn)品的位置關(guān)系準(zhǔn)確有效。3、本發(fā)明在激光出射平面板上設(shè)置最佳測量距離和測量范圍標(biāo)記，同時設(shè)置了一個可以三維運(yùn)動的成像設(shè)備微動平臺，因此可方便地調(diào)節(jié)和確定成像設(shè)備與光學(xué)鏡頭的夾角γ、成像設(shè)備與光學(xué)鏡頭中心0的距離d這兩個參數(shù)，操作非常簡單、直觀、快捷。本發(fā)明可以廣泛用于各種基于三角法原理的線激光三維掃描儀的設(shè)計(jì)過程中。


圖1是基于三角法的線激光三維掃描儀設(shè)計(jì)原理示意2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描述。
如圖2所示，本發(fā)明裝置包括一鏡頭-激光支架10，一激光出射面平板20和一成像設(shè)備微動平臺30，鏡頭-激光支架10上的平面11和折彎面12是根據(jù)最終產(chǎn)品的參數(shù)精確設(shè)計(jì)加工制作為一個零件。在鏡頭-激光的平面11上設(shè)置一光學(xué)鏡頭13，折彎面12上設(shè)置激光出射面平板20，激光出射面平板20上設(shè)置有測量范圍21的標(biāo)記。成像設(shè)備微動平臺30為市場上購買的三維運(yùn)動平臺，它包括左右微動平臺31、前后微動平臺32和旋轉(zhuǎn)微動平臺33，水平旋轉(zhuǎn)微動平臺33內(nèi)設(shè)置有一成像設(shè)備34。成像設(shè)備34可以是電荷耦合器件(CCD)，也可以是互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體器件(CMOS)，還可以是其它現(xiàn)有技術(shù)的成像設(shè)備。
成像設(shè)備微動平臺30為一具有三維自由度的平臺，其中左右微動平臺31可以左右調(diào)動，使得測量范圍21覆蓋整個成像設(shè)備34；前后微動平臺32可以前后調(diào)動，使得成像設(shè)備34的成像距離為實(shí)際測量距離；旋轉(zhuǎn)微動平臺33可以進(jìn)行360度的水平調(diào)動，使得成像平面在激光平面上。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明方法的原理與上述基于三角法的線激光三維掃描儀設(shè)計(jì)原理相同，圖2中的激光出射面平板20代替圖1中的激光出射平面。
如圖1所示，CCD對激光成像時，一次只得到測量范圍內(nèi)一個位置的圖像，CCD與鏡頭1的夾角γ、CCD與鏡頭中心0的距離d這兩個參數(shù)的調(diào)節(jié)僅能針對當(dāng)前的測量位置，并不能保證滿足下一個測量位置，當(dāng)變動測量位置時，則必須重新調(diào)節(jié)CCD的這兩個參數(shù)以得到最佳參數(shù)，前一個測量位置得到的結(jié)果將被改變，不能同時得到對于整個測量范圍都適合的參數(shù)。
如圖2所示，本發(fā)明采用激光出射面平板20代替激光平面4來作為被檢測物，在激光出射面平板20設(shè)置一個物體標(biāo)記，就可以同時對整個測量范圍21內(nèi)進(jìn)行成像，在激光出射面平板20上標(biāo)記出最佳測量距離，在設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、組裝中，要保證最佳測量距離成像在成像設(shè)備34的中心。調(diào)節(jié)成像設(shè)備34與光學(xué)鏡頭13的夾角γ、成像設(shè)備34與鏡頭13中心0的距離d這兩個參數(shù)，使成像設(shè)備34對測量范圍21中的激光出射面平板20都清晰成像時，也就表明成像設(shè)備34可以對激光都清晰成像，也就找到了最優(yōu)的成像設(shè)備34的位置。此方法將要調(diào)節(jié)的最終目標(biāo)進(jìn)行量化，可得到整個測量范圍21都均衡的參數(shù)信息。
本發(fā)明將成像設(shè)備34安裝在一個具有三維自由度的成像設(shè)備微動平臺30上，成像設(shè)備34的位置可以進(jìn)行左右、前后方向平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)成像設(shè)備34的轉(zhuǎn)角使得成像平面在激光平面上；調(diào)整成像設(shè)備34的前后位置使得成像設(shè)備34的成像距離為實(shí)際測量距離；左右調(diào)節(jié)成像設(shè)備34的位置使得測量范圍21覆蓋整個成像設(shè)備34面積。成像設(shè)備34在成像設(shè)備微動平臺30上方便調(diào)節(jié)，找到將整個測量范圍21都清晰成像的位置，這個位置就是要得到的準(zhǔn)確位置。通過精確測量得到成像設(shè)備34和光學(xué)鏡頭13的夾角γ、成像設(shè)備34和光學(xué)鏡頭13中心0的距離d這兩個設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)。
通過本發(fā)明可以精確得到成像設(shè)備34的轉(zhuǎn)角和位置信息，并驗(yàn)證線激光三維掃描儀測量性能滿足最初的要求，結(jié)果準(zhǔn)確有效。
權(quán)利要求
1.一種用于設(shè)計(jì)線激光三維掃描儀的方法，其是在一按照實(shí)際產(chǎn)品的鏡頭光軸方向和激光出射平面之間夾角設(shè)計(jì)的支架上，固定連接一激光出射面平板來代替激光出射平面，并將最佳成像位置，測量范圍標(biāo)記在激光出射平面板上，然后通過調(diào)節(jié)設(shè)置在所述支架下方的成像設(shè)備微動平臺，精確測量得到成像設(shè)備和光學(xué)鏡頭的夾角、成像設(shè)備與光學(xué)鏡頭中心距離的數(shù)據(jù)，以確定激光三維掃描儀的設(shè)計(jì)參數(shù)。
2.一種用于設(shè)計(jì)線激光三維掃描儀的裝置，其特征在于它包括一鏡頭-激光支架、一激光出射面平板和一具有三維自由度的成像設(shè)備微動平臺；所述激光出射面平板與實(shí)際產(chǎn)品的激光平面位置對應(yīng)連接在所述支架上，所述激光出射面平板上標(biāo)記有最佳成像位置，測量范圍，所述成像設(shè)備微動平臺設(shè)置在所述支架的下方，其包括相互連接的左右微動平臺、前后微動平臺和水平旋轉(zhuǎn)微動平臺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)計(jì)線激光三維掃描儀的方法及裝置，其特征在于，一種用于設(shè)計(jì)線激光三維掃描儀的方法，其是在一按照實(shí)際產(chǎn)品的鏡頭光軸方向和激光出射平面之間夾角設(shè)計(jì)的支架上，固定連接一激光出射面平板來代替激光出射平面，并將最佳成像位置，測量范圍標(biāo)記在激光出射平面板上，然后通過調(diào)節(jié)設(shè)置在所述支架下方的成像設(shè)備微動平臺，精確測量得到成像設(shè)備和光學(xué)鏡頭的夾角、成像設(shè)備與光學(xué)鏡頭中心距離的數(shù)據(jù)，以確定激光三維掃描儀的設(shè)計(jì)參數(shù)。本發(fā)明方法及裝置使用方法簡單、方便、直觀、快捷，可保證獲得設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確性。
文檔編號G01C3/00GK101050945SQ20071009957
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者湯青, 韋巍, 侯曉萍, 代亮, 譚賢順, 宋曉斌 申請人:廊坊智通機(jī)器人系統(tǒng)有限公司