[发明专利]一种桌面式高自由度激光三维扫描装置

说明书

本发明公开了一种桌面式高自由度激光三维扫描装置。该测量装置包括光学探测模块、定位底座和电子罗盘，其特点是可以通过手持在平面内自由移动和调整扫描角度，实现对被测物体的三维扫描。工作时，光学图像信息、位移信息和角度信息分别由光学探测模块、定位底座和电子罗盘传输到计算机，计算机首先根据光学图像信息计算出光学坐标，然后根据位移信息和角度信息对光学坐标进行重定位，从而得到被测物体的物理坐标。本发明所述的桌面式高自由度激光三维扫描装置结构简单，使用灵活，具有扫描自由度高、扫描速度快和便携的优点，且对被测物体无特殊背景和标志图案的限制，可用于工程样品在线实时三维形貌光学检测。

技术领域：

本发明属于光学三维测量技术领域，具体涉及一种桌面式高自由度激光三维扫描装置。

背景技术：

光学三维测量是一种非接触测量方法，同接触式测量相比，其对物体表面无损害，且具有更快的测量速度，因而广泛应用在工业自动检测、产品质量控制、逆向工程、生物医学、虚拟现实、文物修复及人体测量等众多领域中。在光学三维测量技术中，线激光三维扫描技术是基于激光三角原理，具有高精度、高可靠性和结构简单的特点。它将线激光投射在被测物体上，获取含有激光条的光学图像，通过光心提取算法提取被测位置的图像像素坐标，然后根据线激光发射器和相机的空间位置关系将像素坐标其转换为物理坐标。线激光三维测量一次可以获得一条线上的三维信息，通过在被测物体上进行扫描，就可实现物体的三维测量，从而完成三维实体模型的重构。

目前，基于线激光三维扫描技术的三维形貌测量装置多采用机械扫描法，即利用较大的机械结构移动物体或者移动激光光源实现扫描，存在很大局限性。首先，扫描装置的自由度很低，大多只能实现直线或旋转单一自由度的扫描，存在较大的扫描盲区；其次，测量装置的测量速度受机械移动平台的限制，测量多为匀速运动且速度比较慢；第三，由于机械平台体积和重量较大，测量装置不便于携带移动。另外，目前也出现了一些便携式线激光三维扫描装置，虽然改善了以上的局限性，但大多需要特殊的测量背景或在被测物体上粘贴标志图案，限制了其工程应用。因此，为了提高物体三维形貌成像及测量装置的检测效率及精度，提出一种能克服上述缺点的检测装置势在必行。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述现有三维形貌测量装置存在的不足，提供了一种桌面式高自由度激光三维扫描装置。该装置采用光电定位和倾角测量，扫描时通过手持在平面内自由移动和调整测量方向，最高可以达到五个自由度，不仅具有使用灵活、快速和便携的特点，而且对被测物体没有测量背景和标志图案的限制。

为达到上述目的，本发明是通过如下的技术方案实现的：

一种桌面式高自由度激光三维扫描装置，包括光学探测模块、电子罗盘和定位底座；其中，

所述光学探测模块，用于探测被测物体的物理坐标，并将光学图像信息转换为光学坐标信息；

所述电子罗盘，用于测量光学探测模块的倾斜角度和偏转角度，以确定扫描的方向；

所述定位底座，用于测量该扫描装置的位移和方向，实现对扫描装置的实时定位；

工作时，光学图像信息、扫描角度信息和位移信息分别由光学探测模块、电子罗盘和定位底座同步传输到计算机；计算机首先将光学图像信息转换为一系列光学坐标(y_p,z_p)；然后根据电子罗盘的角度信息，对光学坐标信息进行倾斜矫正；最后，通过定位底座的位移信息得到扫描装置的位移(x，y)，并根据位移的变化对矫正后的光学坐标在二维平面重新定位，得到被测物体的最终的物理坐标。

本发明进一步的改进在于，所述光学探测模块包括线激光发射器、CCD相机和底板；其中，

线激光发射器和CCD相机通过螺栓固定在底板上，底板与定位底座通过阻尼铰链相连；