[實用新型]一種三維掃描儀測量裝置

有效

• 申請號: 201320291300.0
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN203323714U
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 季泳
• 申請（專利權）人: 貴陽嘉瑜光電科技咨詢中心
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 谷慶紅

技術領域

本實用新型屬于三維掃描測量技術領域，涉及一種三維掃描儀測量裝置。

背景技術

三維掃描是集光、機、電和計算機技術于一體的高新技術，主要用于對物體空間外形和結構及色彩進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標。它的重要意義在于能夠將實物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，為實物數字化提供了相當方便快捷的手段。然而傳統的三維掃描設備多為接觸式掃描器或激光掃描儀，采用接觸式測量速度慢、機械結構復雜、容易損壞物體表面特性，越來越不能滿足現代測量的需要，使其應用受到限制。

為解決接觸式測量所存在的不足，光學方法三維面形的測量研究日益受到人們的重視。在發展史中所提到的相關研究成果中，雖然克服了接觸式測量中機械探頭的某些缺陷，但卻未能完全擺脫其機械結構復雜，測量范圍受到機械裝置大小限制，以及逐點測量使得速度慢等不足。同時光電方法測量三維面形受到物體表面特性（如高度突變、陰影和反射率不足）的不均勻等影響，導致光信號處理困難。因此到目前為止，光電方法測試面形輪廓的產品還很不成熟，上市的產品也沒有達到人們的要求。

為解決光電方法測量三維面形所存在的不足，三維測量從原來的三坐標測量機，發展到用單條紋移動投影法；八十年代初期Takeda等人采用了光柵照射法，利用變形光柵產生的莫爾條紋對待測面形進行調制從而獲得物體面形信息；1986年Yoshizawa等人提出了變形光柵投影法；從該法引出了后來的傅里葉變換測形術（FTP），相移莫爾形貌術（PMT），余弦空間相位檢測術（SPD），多步光柵相移術（MPGP）。但是這些方法測量的面積，精度有限，并且需多幅采樣圖，不利于動態測量。隨著計算機和CCD等器件的發展，1994年到1995年出現的一步光柵相移術（OPGP）為解決上述問題開創了新局面。由此引起了基于結構光，利用光學，計算機圖像采樣和處理技術進行相位測試及圖模重建的研究。形成了一系列的三維測量方法，目前采用的三維測量術主要有以下幾種：

（1）飛行時間法：飛行時間法可分為脈沖調制和相位調制。脈沖調制法是測量系統發射光脈沖到被測物體表面，經其反射后被傳感器接收，測出光脈沖飛行時間，根據光速即可計算出其飛行距離。測量精度主要依賴于接收通道帶寬、起止激光脈沖的鑒別和時間間隔測量，而時間間隔的精確測量是影響精度的主要因素。由于相位測量只有在2π內才是單值，為保證測量的精度和測量范圍，相位法測距采用多個調制頻率。影響測量精度的因素包括調制頻率、接收功率變化、頻漂及信噪比。采用飛行時間法雖然共軸的光源和發射波光束保證不存在陰影和盲區，不需要圖像處理，適用于大范圍測量。但是測量精度難以得到保證。

（2）三角測量術：三角測量顧名思義就是利用光線與物體的三角關系的一種測量方法，它是一種傳統的測量方法，已廣泛應用于大地測量等許多領域。三角測量術的特點是方法簡單，對設備和環境的要求比較低。它既可進行逐點或逐線測量，也可進行全場測量，這取決于投影到待測物體上的光圖案是光電、光線還是光柵，但是光強中心難以確定，由此造成較大測量誤差。

（3）莫爾輪廓術：這種方法是上世紀70年代發展起來的一種基于光柵陰影法測量技術，其原理是以一塊標準光柵放于物體前面，光源照射到光柵上，在物體上形成隨著物體輪廓調制的變形光柵，標準光柵和變形光柵形成莫爾條紋。在一定條件下，這種條紋既是被測物體表面輪廓線的等高線。但這種方法遇到條紋級別難以判斷和對被測物體凸凹難以判定等困難，使其計量不確定性和自動化處理較難實現，不適合表面復雜的物體測量。

（4）相位輪廓術：相位輪廓術是基于直接分析變形光柵，通過對條紋進行正弦或余弦擬合求取相位，由于該相位包含了物體表面輪廓信息，由此求出物體三維坐標值，其優點是不需要判斷被測物體的凸凹和條紋級次，測量精度高。但相位的解調較復雜，且受物體表面特性影響較大。