校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置制造方法
【專利摘要】一種校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的方法及裝置，利用三維激光儀器本身結(jié)構(gòu)特點，在激光掃描儀掃描范圍的死角處安裝校正裝置；校正裝置相對于儀器本身是固定的，激光器發(fā)射的光波經(jīng)轉(zhuǎn)動的鏡面反射后，鏡子的每個運動周期都會讓激光掃描校正裝置一次，通過分析獲取激光掃描校正裝置時的數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)的不同識別校正裝置。本發(fā)明具有靈敏度高、成本低廉、使用方便、結(jié)構(gòu)可靠等優(yōu)點。
【專利說明】校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(tǒng)角度偏差進行方向校正方法及裝置，實現(xiàn)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(shè)備進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)安裝偏移角度的量測和校正。

【背景技術(shù)】
[0002]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(shè)計上的位置存在差異\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(shè)計位置的偏移量，并將測試所得的偏移量改正到掃描數(shù)據(jù)中，最后獲取設(shè)計的理想掃描結(jié)果。
[0003]為了克服這一難題，當前采用一種在檢校實驗室布設(shè)各種標靶的方法(參見文獻:
[0004]I余祖俊，楊婭楠，朱力強，三維激光掃描測量系統(tǒng)標定方法研究，電子測量與儀器學(xué)報，Vol.21N0.6)，將激光器(I)發(fā)射的激光通過旋轉(zhuǎn)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⑶和內(nèi)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(zhuǎn)平移變換，將檢校實驗室布設(shè)標靶的兩套空間位置信息進行一一對應(yīng)，通過平差的方式求解出掃描儀系統(tǒng)內(nèi)部的角度系統(tǒng)誤差，這樣就實現(xiàn)了掃描儀角度系統(tǒng)偏差信息的獲取。
[0005]該方法是通過測量外置標靶的方式進行計算，利用傳統(tǒng)的測繪平差計算原理，通過多點平差計算，技術(shù)比較成熟，實現(xiàn)難度較低。但是，該方法存在以下缺點:
[0006](I)需要構(gòu)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(shè)并且準確定位，否則可能導(dǎo)致布設(shè)的標靶無法識別出來。
[0007](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聞標準實驗室內(nèi)進行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是要彌補上述激光掃描儀內(nèi)部系統(tǒng)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(nèi)部電機空間位置的裝置，該裝置具有實現(xiàn)原理簡單，操作方便，檢校效率高等優(yōu)點。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0010]—種校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置，包括激光器、光分束器旋轉(zhuǎn)棱鏡、反射鏡、漫反射片、光電探測器、電外差解調(diào)器、外差信號驅(qū)動放大器。
[0011]激光器發(fā)射的激光經(jīng)過光分束器分為探測光和參考光，因為探測光發(fā)射和接收都要經(jīng)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(yīng)大于參考光。
[0012]探測光進入旋轉(zhuǎn)棱鏡，并跟隨旋轉(zhuǎn)棱鏡的轉(zhuǎn)動改變光線傳播方向，當光線的方向恰好經(jīng)過反射鏡抵達安裝的漫反射片時，旋轉(zhuǎn)棱鏡接收到漫反射片返回的回波信息并反射到儀器內(nèi)部，反射光經(jīng)電外差解調(diào)器輸出外差電信號，經(jīng)過外差信號驅(qū)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(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過電外差解調(diào)器解調(diào)出檢校裝置反射信號的波形。
[0013]為了能夠從獲取的掃描數(shù)據(jù)中獲取漫反射片的反射信息，必須從設(shè)計安裝上保證漫反射片反射回的信息具有獨立特性。
[0014]確定旋轉(zhuǎn)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(jīng)過安裝漫反射的位置及其鄰域時，激光傳播路徑最短。設(shè)置漫反射片的反射率及其領(lǐng)域材質(zhì)的反射率具有明顯差異，保證從其領(lǐng)域的數(shù)據(jù)中，準確失敗出反射片中心點的反射信息。
[0015]通過獲取漫反射片的信息，及其通過設(shè)計定位的信息進行比較，就可以反算出儀器內(nèi)部角度偏差，進而從數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
[0016]所述的激光器為單頻光纖激光器。
[0017]所述的旋轉(zhuǎn)棱鏡為金屬棱鏡及玻璃棱鏡。
[0018]所述的光分束器和光合束器均為光纖結(jié)構(gòu)。
[0019]所述的光環(huán)形器和望遠鏡組合實現(xiàn)了單望遠鏡同時收發(fā)光信號。
[0020]所述的光電探測器為PIN光電二極管。
[0021]所述的各光學(xué)器件均采用光纖接口，之間的光路均由單模光纖構(gòu)成。
[0022]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0023]1、本發(fā)明裝置實現(xiàn)了通過在掃描內(nèi)部安裝檢校裝置的方法，實現(xiàn)了掃描儀器自檢校。替代了需要構(gòu)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(shù)檢校。
[0024]2、本裝置方法簡單，結(jié)構(gòu)可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0026]其中I為光纖激光器，2為光分束器,3為旋轉(zhuǎn)棱鏡,4為反射鏡,5為漫反射片,6為外差信號驅(qū)動放大器，7為光合束器，8為光電探測器，9為電外差解調(diào)器。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0028]先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置，包括激光器1、光分束器2、旋轉(zhuǎn)棱鏡3、反射鏡4、漫反射片5、放大器6、光合束器7、光電探測器8、電外差解調(diào)器9。其位置關(guān)系是:激光器I發(fā)射的激光經(jīng)過光分束器2分為探測光和參考光，探測光進入旋轉(zhuǎn)棱鏡3 ;旋轉(zhuǎn)棱鏡3的轉(zhuǎn)動改變探測光的方向，探測光抵達外界物體表面后產(chǎn)生漫反射，經(jīng)過外差信號驅(qū)動放大器6放大后,漫反射光與參考光在光合束器7合束，由光電探測器8探測相干光信號，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過電外差解調(diào)器9解調(diào)出物體反射信號的波形。其中探測光經(jīng)旋轉(zhuǎn)棱鏡3改變方向抵達反射鏡4時，探測光經(jīng)反射鏡折射抵達漫反射片5，經(jīng)漫反射片5反射的探測光經(jīng)過解算后的數(shù)據(jù)具有獨特的特征:
[0029]1、所有獲取的數(shù)據(jù)中只有經(jīng)過漫反射片及其周圍領(lǐng)域的數(shù)據(jù)具有距離最近特征，其他物體距離激光器中心的距離與漫反射片的距離具有明顯的差異；
[0030]2、漫反射片上反射的光波信號是具有距離最短條件中，信號最強的。
[0031]根據(jù)上述兩項特征，可以通過軟件自動的識別出漫反射片返回的光波信號，然后根據(jù)漫反射片的設(shè)計位置與安裝位置間的差異計算出掃描儀內(nèi)部的系統(tǒng)誤差，進而確定掃描儀空間坐標系的零位方向。
[0032]所述的激光器為單頻光纖激光器，激光波長為1550nm，線寬<8kHz，功率10mW連續(xù)輸出。
[0033]所述的光移頻器為聲光移頻器，光波長為1550nm，頻移量為55MHz。
[0034]所述的光分束器和光合束器均為光纖結(jié)構(gòu)，光分束器分光比99:1(探測光:參考光)，光合束器合束比99:1(探測光:參考光)。
[0035]所述的光環(huán)形器和望遠鏡組合實現(xiàn)了單望遠鏡同時收發(fā)光信號，發(fā)射和接收光軸零夾角，光環(huán)形器端口 2的輸出光纖端面位于望遠鏡的焦平面處，望遠鏡焦距100mm，口徑30mmo
[0036]所述的光電探測器為PIN光電二極管，為具有前置放大功能的InGaAs G9806系列。
[0037]所述的各光學(xué)器件均米用光纖接口，之間的光路均由1550nm的單模光纖構(gòu)成,光纖接口均為FC/APC。
[0038]經(jīng)試用表明，本發(fā)明激光掃描儀空間坐標系零位方向確定方法及裝置，可以替代現(xiàn)有需要在精密檢校實驗室測量大量標靶坐標點進行零位初始方向確定的缺點，實現(xiàn)了快速自動化確定掃描儀內(nèi)部空間坐標系零位方向，并且具有速度快、方法簡單、結(jié)構(gòu)可靠、調(diào)節(jié)容易的優(yōu)點。
【權(quán)利要求】
1.一種校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置，特征在于該裝置包括激光器(1)、光分束器(2)、旋轉(zhuǎn)棱鏡(3)、反射鏡(4)、漫反射片(5)、外差信號驅(qū)動放大器(6)、光合束器(7)、光電探測器⑶和電外差解調(diào)器(9)，其位置關(guān)系是:激光器⑴發(fā)射的激光經(jīng)過光分束器(2)分為探測光和參考光，探測光到達旋轉(zhuǎn)棱鏡(3)鏡面；旋轉(zhuǎn)棱鏡(3)將光線發(fā)生90°的折轉(zhuǎn)，并隨著旋轉(zhuǎn)棱鏡的運動形成一個掃描平面，旋轉(zhuǎn)面的掃描線經(jīng)過反射鏡(4)時，光線經(jīng)反射鏡(4)折轉(zhuǎn)抵達漫反射片(5)，然后旋轉(zhuǎn)棱鏡(3)將漫反射片(5)反射的回波信息反射到儀器內(nèi)部，經(jīng)過外差信號驅(qū)動放大器(6)放大后，反射光與參考光在光合束器(7)合束，由光電探測器(8)探測相干光信號，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過電外差解調(diào)器(9)解調(diào)出檢校裝置反射信號的波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置，其特征在于所述的激光器為單頻光纖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)棱鏡為金屬棱鏡及玻璃棱鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置，其特征在于所述的光分束器和光合束器均為光纖結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置，其特征在于所述的光環(huán)形器和望遠鏡組合實現(xiàn)了單望遠鏡同時收發(fā)光信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的裝置，其特征在于所述的光電探測器為PIN光電二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正和標定三維激光掃描儀內(nèi)部電機空間位置的方法及裝置，其特征在于所述的各光學(xué)器件均采用光纖接口，之間的光路均由單模光纖連接。
【文檔編號】G01B11/26GK104266610SQ201410550735
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】賀巖, 呂德亮, 姚斌 申請人:上海大恒光學(xué)精密機械有限公司