[發明專利]校正和標定三維激光掃描儀內部電機空間位置的裝置

有效

• 申請號: 201410550735.1
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104266610A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 賀巖;呂德亮;姚斌
• 申請（專利權）人: 上海大恒光學精密機械有限公司
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術領域

本發明涉及激光掃描儀檢校和標定方法及裝置，特別是針對儀器本身由于安裝形成的系統角度偏差進行方向校正方法及裝置，實現自動化、高精度地檢測儀器安裝角度偏移量，可用于對地面式三維激光掃描儀、移動式激光掃描設備進行內部結構安裝偏移角度的量測和校正。

背景技術

由于掃描儀的各個部件加工精度以及安裝偏差等各種原因，掃描儀的各個部件安裝后的空間位置與設計上的位置存在差異¹，為了獲得理想的掃描效果，需要測試每個部件的實際安裝位置與設計位置的偏移量，并將測試所得的偏移量改正到掃描數據中，最后獲取設計的理想掃描結果。

為了克服這一難題，當前采用一種在檢校實驗室布設各種標靶的方法(參見文獻：

1余祖俊，楊婭楠，朱力強，三維激光掃描測量系統標定方法研究，電子測量與儀器學報，Vol.21No.6)，將激光器(1)發射的激光通過旋轉棱鏡(3)改變激光方向時通過掃描檢校實驗室的各種標靶，通過光電探測器(8)和內置的編碼器等獲取到這些標靶的空間位置信息，然后利用高精度的全站儀精確測量出各個標靶的空間信息，并測量出掃描儀的中心點的空間位置信息，最后通過空間坐標系的旋轉平移變換，將檢校實驗室布設標靶的兩套空間位置信息進行一一對應，通過平差的方式求解出掃描儀系統內部的角度系統誤差，這樣就實現了掃描儀角度系統偏差信息的獲取。

該方法是通過測量外置標靶的方式進行計算，利用傳統的測繪平差計算原理，通過多點平差計算，技術比較成熟，實現難度較低。但是，該方法存在以下缺點：

(1)需要構建一個高精度的實驗室，并且需要將大量的標靶進行精確布設并且準確定位，否則可能導致布設的標靶無法識別出來。

(2)此種方法需要進行大量的測試和實驗，檢校工作量很大，效率低。且儀器的檢校必須在高標準實驗室內進行。

發明內容

本發明的目的就是要彌補上述激光掃描儀內部系統偏差檢校測試方法的不足，提供一種校正和標定三維激光掃描儀內部電機空間位置的裝置，該裝置具有實現原理簡單，操作方便，檢校效率高等優點。

本發明的技術解決方案如下：

一種校正和標定三維激光掃描儀內部電機空間位置的裝置，包括激光器、光分束器旋轉棱鏡、反射鏡、漫反射片、光電探測器、電外差解調器、外差信號驅動放大器。

激光器發射的激光經過光分束器分為探測光和參考光，因為探測光發射和接收都要經過望遠鏡的耦合損失和目標的反射損失，會有較大的衰減，因此，分出的探測光應大于參考光。

探測光進入旋轉棱鏡，并跟隨旋轉棱鏡的轉動改變光線傳播方向，當光線的方向恰好經過反射鏡抵達安裝的漫反射片時，旋轉棱鏡接收到漫反射片返回的回波信息并反射到儀器內部，反射光經電外差解調器輸出外差電信號，經過外差信號驅動放大器放大后，反射光與參考光在光合束器合束，由光電探測器探測相干光信號，并將其轉化為電信號，經過電外差解調器解調出檢校裝置反射信號的波形。

為了能夠從獲取的掃描數據中獲取漫反射片的反射信息，必須從設計安裝上保證漫反射片反射回的信息具有獨立特性。

確定旋轉棱鏡的安裝位置和漫反射的鏡的安裝位置，確保只有光線經過安裝漫反射的位置及其鄰域時，激光傳播路徑最短。設置漫反射片的反射率及其領域材質的反射率具有明顯差異，保證從其領域的數據中，準確失敗出反射片中心點的反射信息。

通過獲取漫反射片的信息，及其通過設計定位的信息進行比較，就可以反算出儀器內部角度偏差，進而從數據上進行糾正，確定掃描儀空間坐標系的零位方向。然后計算所有掃描數據。

所述的激光器為單頻光纖激光器。

所述的旋轉棱鏡為金屬棱鏡及玻璃棱鏡。

所述的光分束器和光合束器均為光纖結構。

所述的光環形器和望遠鏡組合實現了單望遠鏡同時收發光信號。

所述的光電探測器為PIN光電二極管。

所述的各光學器件均采用光纖接口，之間的光路均由單模光纖構成。

本發明的技術效果如下：

1、本發明裝置實現了通過在掃描內部安裝檢校裝置的方法，實現了掃描儀器自檢校。替代了需要構建高精度檢校實驗室并且需要測量掃描大量標靶坐標進行參數檢校。

2、本裝置方法簡單，結構可靠。

附圖說明

圖1是本發明校正和標定三維激光掃描儀內部電機空間位置的裝置的結構示意圖，