[发明专利]基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备及方法

权利要求书

1.一种基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备，其特征在于：所述基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备包括工控机、总控制器、横向驱动装置、纵向驱动装置、激光测距模块、主体支撑部件和基准底座；所述主体支撑部件设置于所述基准底座上，所述主体支撑部件包括侧支架、左支撑板、右支撑板和开设于所述侧支架上的滑道，所述滑道为用于所述纵向驱动装置端部的辅助滑动轮专用滑道，所述左支撑板和右支撑板均固定设置于所述侧支架的同侧；所述横向驱动装置的两端分别固定于左支撑板和右支撑板之上，所述横向驱动装置包括横向滑道、设置于所述横向滑道上的横向滑块和位于横向滑道一端的横向步进电机；所述纵向驱动装置包括纵向滑道、设置于所述纵向滑道上的纵向滑块、设置于所述纵向滑道一端的辅助滑动轮和设置于纵向滑道另一端的纵向步进电机，所述纵向滑道的一端与所述横向滑块的顶部固定连接，所述纵向驱动装置的另一端经由所述辅助滑动轮与所述辅助滑动轮专用滑道自由接触并沿所述辅助滑动轮专用滑道横向自由移动，所述激光测距模块固定设置于纵向滑动装置的纵向滑块下端。

2.根据权利要求1所述的基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备，其特征在于：所述总控制器由PLC控制电路和与所述PLC控制电路相连的伺服控制器构成。

3.根据权利要求1所述的基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备，其特征在于：所述左支撑板和右支撑板分别位于侧支架横向两端的同一水平高度。

4.根据权利要求1所述的基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备，其特征在于：所述辅助滑动轮专用滑道设置于侧支架的上端，并位于侧支架整体高度的2/3位置处。

5.根据权利要求1所述的基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备，其特征在于：在所述基准底座的底端固定设置有2个基准底座调整装置。

6.根据权利要求5所述的基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备，其特征在于：所述基准底座调整装置为一个圆形金属底座，圆形金属底座的厚度为10mm，在所述圆形金属底座上有设置有3个沿圆心均匀设置的调平螺栓，通过调节3个调平螺栓与节理表面接触来调平基准底座从而实现基准底座与节理表面的平行。

7.根据权利要求1所述的基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备，其特征在于：所述辅助滑动轮专用滑道与所述辅助滑动轮之间采取滚动摩擦的接触形式，所述辅助滑动轮专用滑道限制辅助滑动轮在竖直方向的自由移动。

8.一种采用基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备实现节理表面起伏形态快速扫描采集的方法，其特征在于：

所述节理表面起伏形态快速扫描采集的方法包括横向扫描、纵向扫描、斜向成固定角度扫描以及组合扫描共四种扫描方式：

横向扫描时，首先启动纵向驱动装置确保激光测距模块随纵向驱动装置上的纵向滑块移动到指定位置时停下，然后启动横向驱动装置，横向驱动装置上的横向滑块带动整个纵向驱动装置匀速从横向滑道一端滑动到另一端完成横向扫描；

纵向扫描时，首先启动横向驱动装置，确保纵向驱动装置随横向滑块一起移动到指定位置时停下，然后启动纵向驱动装置，使激光测距模块随纵向滑块从纵向滑道的一端匀速滑动到另一端完成纵向扫描；

斜向成固定角度扫描时，利用横向驱动装置和纵向驱动装置在不同匀速滑动状态下实现斜向成固定角度扫描；

组合扫描时，首先启动纵向驱动装置使激光测距模块随纵向滑块一起匀速从纵向滑道的一端移动到另一端，然后使纵向驱动装置停下确定时间，在该段时间，启动横向驱动装置，使纵向驱动装置随横向滑块向前移动指定距离后停下确定时间，在该段时间，启动纵向驱动装置，再次使激光测距模块随纵向滑块从纵向滑道的一端移动到另一端停下，如此交替进行完成组合扫描。

9.根据权利要求8所述的一种采用基于激光测距的节理表面起伏特征快速扫描设备实现节理表面起伏形态快速扫描采集的方法，其特征在于：在斜向成固定角度扫描时，通过设定纵向滑动速度与横向滑动速度的比例分别为0.58、1和1.7从而实现与横向分别成30°、45°和60°的直线扫描。