帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，涉及激光掃描儀領(lǐng)域。本發(fā)明提供的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，通過傾斜窗口鏡，使窗口鏡與三棱鏡反射面的棱邊形成一個小角度的夾角，這樣在任何情況下，從掃描三棱鏡所反射出的光線就不會垂直的照射在窗口鏡上，就避免了經(jīng)窗口鏡反射的光線沿原路返回進入探測器中，從而有效降低了這種雜光干擾。
【專利說明】
帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及激光掃描儀領(lǐng)域，具體而言，涉及帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀。
【背景技術(shù)】
[0002]三維激光掃描技術(shù)又被稱為實景復(fù)制技術(shù)，是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢.三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。
[0003]它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標(biāo)對象的數(shù)據(jù)點，因此相對于傳統(tǒng)的單點測量，三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點測量進化到面測量的革命性技術(shù)突破。
[0004]按照測量方式的不同對三維激光掃描儀進行分類，可以分為如下三類:基于脈沖式基于相位差;基于三角測距原理。不論是上述哪種掃描儀，均需要使用激光發(fā)射器將激光發(fā)出，并且通過探測器接收被測物所返回的激光，進而才能夠通過測距模塊進行計算(計算的內(nèi)容如發(fā)出光線和收到光線之間的時間差等)。下面對一般的三維激光掃描儀的光線傳播過程進行簡要介紹。如圖1所示，激光發(fā)射端產(chǎn)生激光光線，激光光線首先穿過反射鏡到達掃描三棱鏡(掃描三棱鏡的作用是通過轉(zhuǎn)動三棱鏡來改變激光發(fā)射的角度，進而進行全方位的掃描)，激光光線經(jīng)過掃描三棱鏡改變角度后，通過窗口鏡射出。當(dāng)激光光線到達被測物體之后，產(chǎn)生反射光線，之后，反射光線經(jīng)過窗口鏡反射到掃描三棱鏡上，進而通過反射鏡傳播到探測器上，之后探測器的測距模塊工作，進行后續(xù)計算，再更進一步的完成被測物體的三維建模。
[0005]除了上述所說的激光光線的一般傳播過程外，傳統(tǒng)的三位激光掃描儀在工作的時候，即激光光線在傳播的時候還會產(chǎn)生一些不應(yīng)該出現(xiàn)的光線。比如發(fā)射激光的時候，經(jīng)過掃描三棱鏡改變角度的激光光線在通過窗口鏡射出的同時，還會有一部分激光光線被窗口鏡反射回來，這部分被窗口鏡反射回來的光線同樣會經(jīng)過掃描三棱鏡和反射鏡，進而傳播到探測器中，這會影響到探測器接收到被測物體發(fā)出的反射光線，也就會影響后續(xù)的實物建模。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，以提高三維激光掃描儀中探測器的工作精度。
[0007]第一方面，本發(fā)明實施例提供了帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，包括:
[0008]固定框架，所述固定框架的一端設(shè)置有窗口鏡，所述固定框架的內(nèi)部設(shè)置有掃描三棱鏡和激光發(fā)射端;所述激光發(fā)射端所發(fā)出的發(fā)射激光能夠經(jīng)過掃描三棱鏡的反射面反射后，經(jīng)過所述窗口鏡后射出；
[0009]參考直線與參考平面的夾角為銳角；其中，所述參考直線是所述反射面的棱邊所在的直線;所述參考平面是所述窗口鏡所在的平面。
[0010]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述參考直線與所述參考平面的夾角大于O度，且小于15度。
[0011]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述參考直線與所述參考平面的夾角大于2度，且小于10度。
[0012]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述參考直線與所述參考平面的夾角為4.8度。
[0013]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述參考直線與所述參考平面的夾角為5.5度。
[0014]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述窗口鏡與重力線的夾角大于8度，小于25度。
[0015]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述窗口鏡與重力線的夾角大于10度，小于22度。
[0016]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，還包括連接在窗口鏡和所述固定框架之間的方形窗框，所述窗框包括長條形的上固定沿和下固定沿，所述上固定沿與所述下固定沿相互平行，所述上固定沿所在的直線與所述參考直線的夾角為4.8度；
[0017]所述窗口鏡的上邊沿和下邊沿分別與所述上固定沿和下固定沿重合式連接，以使所述窗口鏡固定在所述窗框上。
[0018]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述窗框包括長條形的左固定沿和右固定沿，所述左固定沿與所述右固定沿相互平行，所述左固定沿所在的直線與重力線的夾角為19.5度；
[0019]所述窗口鏡的左邊沿和右邊沿分別與所述左固定沿和右固定沿重合式連接，以使所述窗口鏡固定在所述窗框上。
[0020]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第九種可能的實施方式，其中，還包括連接在窗口鏡和所述固定框架之間的窗框，所述窗框上設(shè)置有左固定件、右固定件、上固定件和下固定件，所述窗口鏡的左邊沿與所述左固定件連接，所述窗口鏡的右邊沿與所述右固定件連接，所述窗口鏡的上邊沿與所述上固定件連接，所述窗口鏡的下邊沿與所述下固定件連接；
[0021]所述左固定件與所述右固定件之間的連線與所述參考直線的夾角大于2度，小于8度；
[0022]所述上固定件與所述下固定件之間的連線與所述重力線的夾角
[0023]本發(fā)明實施例提供的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，采用改變?nèi)忡R反射面的棱邊與窗口鏡之間夾角的方式，與現(xiàn)有技術(shù)中由于三棱鏡反射面的棱邊與窗口鏡平行，當(dāng)三棱鏡旋轉(zhuǎn)到某個角度的時候，激光發(fā)射端射出的光線經(jīng)過三棱鏡反射后，照射到窗口鏡的時，光線會被窗口鏡按照原光路反射回來(此時窗口鏡所在的平面與照射到窗口鏡上的光線所在的直線垂直)，之后窗口鏡反射回來的光線會照射入探測器中，由于探測器的目的是接受目標(biāo)所反射回來的光線，因此當(dāng)探測器接收到窗口鏡所發(fā)射回來的光線后便會影響探測器的正常工作相比，其在改變了三棱鏡反射面的棱邊與窗口鏡之間夾角后，任何情況下，從掃描三棱鏡所反射出的光線不會垂直的照射在窗口鏡上，進而窗口鏡雖然還是會反射該光線，但反射光線不再原路返回，避免了窗口鏡反射回來的光線射入探測器中，從而提高了探測器的工作精度。
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0026]圖1示出了相關(guān)技術(shù)中，帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的工作原理示意圖；
[0027]圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的俯視結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖3示出了相關(guān)技術(shù)中的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的俯視結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖4示出了本發(fā)明實施例所提供的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖5示出了本發(fā)明實施例所提供的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的立體圖。
[0031]主要元件符號說明:
[0032]1I，窗口鏡；102，掃描三棱鏡；103，反射面的棱邊；104，激光發(fā)射端。
【具體實施方式】
[0033]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0034]三維激光掃描儀是進行三維空間建模的常用設(shè)備，其工作時需要將激光進行扇形掃描，以對被測物進行全面的探測。如圖1所示，示出了三維激光掃描儀的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)，下面，結(jié)合圖1對其工作過程進行說明。
[0035]激光發(fā)射端產(chǎn)生激光光線，激光光線首先穿過反射鏡到達掃描三棱鏡，激光光線經(jīng)過掃描三棱鏡反射改變角度后，通過窗口鏡射出。當(dāng)激光光線到達被測物體之后，產(chǎn)生被測物反射光線，之后，被測物反射光線經(jīng)過窗口鏡反射到掃描三棱鏡上，進而通過反射鏡照射到探測器上，之后探測器的測距模塊工作，進行后續(xù)計算，再更進一步的完成被測物體的三維建模。
[0036]傳統(tǒng)的三維激光掃描儀在工作的時候，除了激光光線和被測物反射光線會傳播，還會產(chǎn)生窗口鏡反射光線，具體是指激光發(fā)射端所射出的激光光線在經(jīng)過掃描三棱鏡的反射后，會照射到窗口鏡上，由于掃描三棱鏡一直在轉(zhuǎn)動(掃描三棱鏡轉(zhuǎn)動才能夠改變激光光線的俯仰角，進而使掃描光線扇形的進行全方位的掃描)，當(dāng)掃描三棱鏡轉(zhuǎn)動到某個角度的時候，從掃描三棱鏡射出的光線會垂直的照射到窗口鏡上，此時，一部分光線會透過窗口鏡射出(后續(xù)在遇到被測物后，返回生成被測物反射光線)，另一部分會被窗口鏡直接反射會掃描三棱鏡，這部分被窗口鏡直接反射回來的光線可以被稱為窗口鏡反射光線。三維激光掃描儀的探測器只需要接收被測物反射光線，窗口鏡反射光線會影響探測器正常接收被測物反射光線，進而影響后續(xù)的三維建模。同時，這部分光還有可能會進入到激光發(fā)射端，對激光發(fā)射端也造成影響。
[0037]有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N改良的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，如圖2(帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖)、圖4(帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)側(cè)視圖)和圖5所示，其中，為避免出現(xiàn)視圖混亂的問題，圖2和圖4只表達出了窗口鏡101的側(cè)面邊沿，并沒有完全繪制出該視角狀態(tài)下窗口鏡101的全部結(jié)構(gòu)，圖5則通過三維圖表達出窗口鏡1I和掃描三棱鏡1 2的在三維空間中的相對位置關(guān)系。該帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，包括:
[0038]固定框架，固定框架的一端設(shè)置有窗口鏡101，固定框架的內(nèi)部設(shè)置有掃描三棱鏡102和激光發(fā)射端104;激光發(fā)射端104所發(fā)出的發(fā)射激光能夠經(jīng)過掃描三棱鏡102的反射面反射后，經(jīng)過窗口鏡101后射出；
[0039]參考直線與參考平面的夾角為銳角;其中，參考直線是反射面的棱邊103所在的直線;參考平面是窗口鏡101所在的平面。
[0040]此處，掃描三棱鏡102的反射面指的是三棱鏡當(dāng)前反射激光發(fā)射端104所發(fā)出的光線的一個鏡面。掃描三棱鏡102有三個鏡面，任意個鏡面兩兩之間的夾角均為60度。帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀在工作的時候，需要通過驅(qū)動軸來使掃描三棱鏡102沿中軸線進行轉(zhuǎn)動，那么掃描三棱鏡102的這三個鏡面就依次作為反射面使用。通常情況下，掃描三棱鏡102的具有三個棱邊，這三個棱邊之間也是相互平行的關(guān)系，即反射面的棱邊103與非反射面的棱邊之間也相互平行的。
[0041]當(dāng)參考直線與參考平面的夾角為銳角時，掃描三棱鏡102所反射出的光線與窗口鏡101之間的夾角不會達到90度(即掃描三棱鏡102繞其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，也不會使由激光發(fā)射端104所發(fā)出的光線，經(jīng)過掃描三棱鏡102反射后，垂直照射到窗口鏡1I上)。
[0042]一般情況下，固定框架指的可以是帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的整體包裝外殼，也可以是內(nèi)部設(shè)置有激光發(fā)射端104、掃描三棱鏡102和窗口鏡101的外殼。本申請所提供的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的基本工作原理與傳統(tǒng)技術(shù)中的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀的工作原理是相同的，因此激光發(fā)射端104、掃描三棱鏡102和窗口鏡101之間的相對位置的設(shè)置方式可以參考相關(guān)技術(shù)，此處不過多說明。當(dāng)然，除了以上三個結(jié)構(gòu)，帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀中還可以設(shè)置有探測器，用來接收被測物反射光線。
[0043]如圖3所示，相關(guān)技術(shù)中，窗口鏡101所在的平面與掃描三棱鏡102的棱邊所在的直線是平行關(guān)系，本申請所提供的方案中，對該平行關(guān)系進行了調(diào)整，使二者之間形成了銳角的夾角。一般情況下，當(dāng)帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀放置在地面上的時候，窗口鏡101相對于相關(guān)技術(shù)中的窗口鏡101而言，窗口鏡101以重力線為軸進行了轉(zhuǎn)動，以使反射面的棱邊103與窗口鏡1I之間有夾角，進而使由掃描三棱鏡102射向窗口鏡1I的光線始終與窗口鏡101有夾角，且夾角為銳角。
[0044]優(yōu)選的，參考直線與參考平面的夾角大于O度，且小于15度。
[0045]更優(yōu)選的，參考直線與參考平面的夾角大于2度，且小于10度。
[0046]經(jīng)過發(fā)明人的實際測量和驗證，認為可以采用如下兩個角度來設(shè)置窗口鏡101和掃描三維棱鏡的相對位置關(guān)系。即，參考直線與參考平面的夾角為4.8度或5.5度。以使從窗口鏡101反射回來的返回光超出接收光學(xué)系統(tǒng)的接收范圍。
[0047]除了上述設(shè)置窗口鏡101和掃描三棱鏡102相對位置關(guān)系的方式，還可以同時采用如下方式來設(shè)置窗口鏡101。具體而言，窗口鏡101與重力線的夾角大于8度，小于25度。
[0048]優(yōu)選的，窗口鏡101與重力線的夾角大于10度，小于22度。
[0049]將窗口鏡101與重力線設(shè)置為有一定夾角的方式，能夠使得從掃描三棱鏡102照射到窗口鏡101上的光線更不容易被原路反射回去。
[0050]進一步，當(dāng)窗口鏡101與掃描三棱鏡102之間的相對位置被調(diào)整之后(實際上，相對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，可以只改動窗口鏡101的方式、角度，而不用改動掃描三棱鏡102的位置和角度)，還需要對應(yīng)的調(diào)整固定窗口鏡101的方式、結(jié)構(gòu)，下面提供了兩種不同的固定窗口鏡101的方式。
[0051]第一種，采用設(shè)置方形窗框，并將窗口鏡101的邊各個沿對應(yīng)固定在窗框各個固定沿上的方式進行固定。
[0052]具體而言，本申請所提供的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，還包括連接在窗口鏡101和固定框架之間的方形窗框，窗框包括長條形的上固定沿和下固定沿，上固定沿與下固定沿相互平行，上固定沿所在的直線與參考直線的夾角為4.8度;窗口鏡101的上邊沿和下邊沿分別與上固定沿和下固定沿重合式連接，以使窗口鏡101固定在窗框上。
[0053]優(yōu)選的，窗框包括長條形的左固定沿和右固定沿，左固定沿與右固定沿相互平行，左固定沿所在的直線與重力線的夾角為19.5度；
[0054]窗口鏡101的左邊沿和右邊沿分別與左固定沿和右固定沿重合式連接，以使窗口鏡101固定在窗框上。
[0055]其中，窗框的各個固定沿(上固定沿、下固定沿、左固定沿和右固定沿)可以為凹槽形式，即將窗口鏡101嵌入凹槽中，以完成對窗口鏡101的固定;各個固定沿還可以是采用黏貼的方式，分別與窗口鏡1I相應(yīng)的邊沿連接。
[0056]第二種，本申請所提供的的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，還包括連接在窗口鏡101和固定框架之間的窗框，窗框上設(shè)置有左固定件、右固定件、上固定件和下固定件，窗口鏡1I的左邊沿與左固定件連接，窗口鏡1I的右邊沿與右固定件連接，窗口鏡1I的上邊沿與上固定件連接，窗口鏡1I的下邊沿與下固定件連接；
[0057]左固定件與右固定件之間的連線與參考直線的夾角大于2度，小于8度；
[0058]上固定件與下固定件之間的連線與重力線的夾角大于10度，小于22度。
[0059]相對于第一種方式中長條形的固定邊沿而言，第二種方式中的上固定件、下固定件、左固定件和右固定件指的是單點固定件，如架子這種夾持件、真空吸附件等等。
[0060]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，包括: 固定框架，所述固定框架的一端設(shè)置有窗口鏡，所述固定框架的內(nèi)部設(shè)置有掃描三棱鏡和激光發(fā)射端;所述激光發(fā)射端所發(fā)出的發(fā)射激光能夠經(jīng)過掃描三棱鏡的反射面反射后，經(jīng)過所述窗口鏡后射出； 參考直線與參考平面的夾角為銳角；其中，所述參考直線是所述反射面的棱邊所在的直線;所述參考平面是所述窗口鏡所在的平面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，所述參考直線與所述參考平面的夾角大于O度，且小于15度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，所述參考直線與所述參考平面的夾角大于2度，且小于10度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，所述參考直線與所述參考平面的夾角為4.8度。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，所述參考直線與所述參考平面的夾角為5.5度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，所述窗口鏡與重力線的夾角大于8度，小于25度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，所述窗口鏡與重力線的夾角大于10度，小于22度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，還包括連接在窗口鏡和所述固定框架之間的矩形窗框，所述窗框包括長條形的上固定沿和下固定沿，所述上固定沿與所述下固定沿相互平行，所述上固定沿所在的直線與所述參考直線的夾角為4.8度； 所述窗口鏡的上邊沿和下邊沿分別與所述上固定沿和下固定沿重合式連接，以使所述窗口鏡固定在所述窗框上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，所述窗框包括長條形的左固定沿和右固定沿，所述左固定沿與所述右固定沿相互平行，所述左固定沿所在的直線與重力線的夾角為19.5度； 所述窗口鏡的左邊沿和右邊沿分別與所述左固定沿和右固定沿重合式連接，以使所述窗口鏡固定在所述窗框上。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有傾斜式窗口鏡的三維激光掃描儀，其特征在于，還包括連接在窗口鏡和所述固定框架之間的窗框，所述窗框上設(shè)置有左固定件、右固定件、上固定件和下固定件，所述窗口鏡的左邊沿與所述左固定件連接，所述窗口鏡的右邊沿與所述右固定件連接，所述窗口鏡的上邊沿與所述上固定件連接，所述窗口鏡的下邊沿與所述下固定件連接； 所述左固定件與所述右固定件之間的連線與所述參考直線的夾角大于2度，小于8度； 所述上固定件與所述下固定件之間的連線與所述重力線的夾角大于10度，小于22度。
【文檔編號】G01B11/00GK105973150SQ201610586930
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月22日
【發(fā)明人】翁國康, 張東虎, 肖亮, 胡慶武, 毛慶洲, 陳小宇, 楊正, 符運強
【申請人】武漢海達數(shù)云技術(shù)有限公司