一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统及方法，系统包括距离采集子系统、角度控制子系统和控制管理子系统，距离采集子系统包括由可调激光测距探头组成的探头阵列，探头阵列设置于载板上，每个可调激光测距探头左右和前后摆动，以扩大探头阵列的扫描范围；角度控制子系统调整可调激光测距探头的方向，使探头阵列对准标定方向，同时配合距离采集子系统完成扫描定位作业；控制管理子系统分别与距离采集子系统、角度控制子系统连接，显示测量距离、偏移角度，并计算、记录、分享扫描坐标数据。本发明专利技术使用简单逻辑，与多探头测量，可以在保证测量精度的前提下，解决大范围测量需求。

【技术实现步骤摘要】
一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统及方法
本专利技术涉及三维扫描
，尤其是一种用于大范围数据采集的结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统及方法。
技术介绍
三维扫描技术是近年来被广泛关注的
从微软公司的Kinect，到苹果公司收购Primsense,再到Intel进行大力推广的realsense都属于三维扫描技术。三维扫描的技术的基础，就是通过三维扫描器件，输出前方某一物点距离三维扫描器件的原点的距离。拍照式三维扫描仪是一种高速高精度的三维扫描测量设备，应用的是目前国际上最先进的结构光非接触照相测量原理。采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。它采用的是白光光栅扫描，以非接触三维扫描方式工作，全自动拼接，具有高效率、高精度、高寿命、高解析度等优点，特别适用于复杂自由曲面逆向建模，主要应用于产品研发设计（RD，比如快速成型、三维数字化、三维设计、三维立体扫描等）、逆向工程（RE，如逆向扫描、逆向设计）及三维检测（CAV），是产品开发、品质检测的必备工具。三维扫描仪在部分地区又称为激光抄数机或者3D抄数机。激光扫描，是一种从复杂实体或者实景中重建目标全景数据及模型的技术。激光扫描仪成功用于多个领域，如工业测量、地形测量、文物保护、城市建模、并行检测、逆向工程及虚拟现实等。采用上述现有技术进行应用于大范围三维扫描，存在以下不足之处：（1）现有技术的主要问题在于采用高精确拍照采集，测量精度高，但随之带来采集数据过大，对于大型样品的扫描数据收集构成限制。在扫描过程中，使用逻辑拼接容易导致错误的产生。（2）现有技术在小范围精确测量中表现极其出色，但在大型测绘作业使用中无法测量满足。（3）现有的测量技术设备需要逻辑的连续计算，当一次测量需要进行暂停操作时，会导致测量需要重新开始。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统及方法，该系统使用简单逻辑，与多探头测量，可以在保证测量精度的前提下，解决大范围测量需求。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统，其特征在于包括距离采集子系统、角度控制子系统和控制管理子系统，其中：所述距离采集子系统包括由可调激光测距探头组成的探头阵列，探头阵列设置于载板上，在载板上留有每个可调激光测距探头的独立转动空间，每个可调激光测距探头在其独立转动空间内左右和前后摆动，以扩大探头阵列的扫描范围，每个可调激光测距探头均可独立收集距离信息，每个可调激光测距探头的角度数据和测量距离可进行独立计算；所述角度控制子系统调整可调激光测距探头的方向，使探头阵列对准标定方向，同时配合距离采集子系统完成扫描定位作业；所述控制管理子系统分别与距离采集子系统、角度控制子系统连接，显示测量距离、偏移角度，并计算、记录、分享扫描坐标数据。对上述方案作进一步优选，所述可调激光测距探头平行等距排列形成探头阵列，可调激光测距探头与载板之间为球面配合，可调激光测距探头在载板内绕球心转动，在可调激光测距探头下方设有角度控制子系统。对上述方案作进一步优选，所述角度控制子系统包括左右调节机构和前后调节机构，其中左右调节机构位于探头阵列下方，其控制每个可调激光测距探头绕球心在左右方向摆动角度，前后调节机构位于左右调节机构的下方，其控制每行可调激光测距探头绕球心在前后方向摆动角度；前后调节机构通过位于两端的固定夹头，固定支撑于底部的水平支撑台上。对上述方案作进一步优选，所述左右调节机构包括左调节电机、右调节电机和皮带轮，其中其中皮带轮位于每个可调激光测距探头下方，并且由皮带轮驱动可调激光测距探头绕球心摆动；探头阵列分为左半部分和右半部分，其中左半部分和右半部分探头阵列的皮带轮通过皮带依次串接，形成联动机构，左半部分和右半部分的可调激光测距探头作为一组，同方向摆动，左半部分的可调激光测距探头由位于左端的左调节电机驱动，右半部分的可调激光测距探头由位于右端的右调节电机驱动。对上述方案作进一步优选，所述左调节电机和右调节电机之间设有同步器；相邻两个皮带轮之间的传动比保持不变，同一行内的可调激光测距探头，其左右摆动角度由两端向中间依次减小。对上述方案作进一步优选，所述前后调节机构包括固定一行可调激光测距探头的横向单列载板，横向单列载板的下表面设有与之啮合的齿轮，其中位于前半部分的可调激光测距探头下方的齿轮为前摆齿轮，位于后半部分的可调激光测距探头下方的齿轮为后摆齿轮，在前摆齿轮和后摆齿轮之间设有两个相互啮合的中间轮，两个中间轮分别于前摆齿轮和后摆齿轮啮合，其中后摆齿轮与前后调节电机之间皮带传动。对上述方案作进一步优选，所述左右调节机构上设有左右角度传感器，前后调节机构上设有前后角度传感器，左右调节机构和前后调节机构通过控制器来调整转动角度，左右角度传感器和前后角度传感器采集转动角度反馈至控制器。一种空间扫描方法，该方法使用上述结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统，其特征在于通过如下步骤获得每一个可调激光测距探头到测量物体表面测量点相对于系统的坐标（X、Y、Z）：步骤S1：独立的一个可调激光测距探头对应系统的坐标为（x、y、z）左右方向为X轴，前后方向为Y轴，上下方向为Z轴；步骤S2：可调激光测距探头对准测量物体表面测量点，检测到距离为L；步骤S3：可调激光测距探头完成对准采集后，获得测距探头左右方向与竖直方向的夹角α，前后方向与竖直方向的夹角β；步骤S4：控制管理子系统根据已收到的距离数据L，左右及前后偏移角度α，β，得出测量物体表面测量点相对系统的坐标（X、Y、Z），步骤S5：控制管理子系统控制角度控制子系统，调整调节电机改变测量对准位置；步骤S6：控制管理子系统控制角度控制子系统，角度传感器采集改变后的测量位置夹角及此时刻可调激光测距探头的距离信息；步骤S7：控制管理子系统通过采集、计算、记录、整理多次测量数据，显示测量物表面不同测量点的空间位置信息，得出模拟对象结果。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）本专利技术中的结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统，采用可调激光测距探头布置的探头阵列，对探头阵列进行水平方向的左右摆动和前后摆动，通过控制摆动角度，同时利用多个独立探头同时测量，结合简单的逻辑运算，可以在保证测量精度的前提下，解决大范围测量需求，并可以配合定位系统；（2）本专利技术中，对可调节激光测距探头进行方向调整，同时利用角度传感器采集转动角度，反馈至控制器，并配合定位系统，实现测量的暂停和继续，支持续点重启功能，进一步优化测量取值过程，调节精度设置，保证测量精度的实现；（3）本专利技术中的探头阵列，利用左右调节电机和前后调节电机，对可调激光测距探头实现了左右方法的均匀角度调节和前后方向的相同角度调节功能，通过设置合理的电机进给精度，可合理设置测量精度的需求范围，提高扫描精度，加快扫描过程的进行；（4）本专利技术中的空间扫描方法，只需要距离数据L、偏移角度α和β，通过简单逻辑输出，即可获得空间位置坐标，提高运算速度计算简洁，效率高。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术的系统组成框架图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统，其特征在于包括距离采集子系统、角度控制子系统和控制管理子系统，其中：所述距离采集子系统包括由可调激光测距探头（1）组成的探头阵列，探头阵列设置于载板（2）上，在载板（2）上留有每个可调激光测距探头（1）的独立转动空间，每个可调激光测距探头（1）在其独立转动空间内左右和前后摆动，以扩大探头阵列的扫描范围，每个可调激光测距探头（1）均可独立收集距离信息，每个可调激光测距探头（1）的角度数据和测量距离可进行独立计算；所述角度控制子系统调整可调激光测距探头（1）的方向，使探头阵列对准标定方向，同时配合距离采集子系统完成扫描定位作业；所述控制管理子系统分别与距离采集子系统、角度控制子系统连接，显示测量距离、偏移角度，并计算、记录、分享扫描坐标数据。

【技术特征摘要】
1.一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统，其特征在于包括距离采集子系统、角度控制子系统和控制管理子系统，其中：所述距离采集子系统包括由可调激光测距探头（1）组成的探头阵列，探头阵列设置于载板（2）上，在载板（2）上留有每个可调激光测距探头（1）的独立转动空间，每个可调激光测距探头（1）在其独立转动空间内左右和前后摆动，以扩大探头阵列的扫描范围，每个可调激光测距探头（1）均可独立收集距离信息，每个可调激光测距探头（1）的角度数据和测量距离可进行独立计算；所述角度控制子系统调整可调激光测距探头（1）的方向，使探头阵列对准标定方向，同时配合距离采集子系统完成扫描定位作业；所述控制管理子系统分别与距离采集子系统、角度控制子系统连接，显示测量距离、偏移角度，并计算、记录、分享扫描坐标数据。2.根据权利要求1所述的一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统，其特征在于所述可调激光测距探头（1）平行等距排列形成探头阵列，可调激光测距探头（1）与载板（2）之间为球面配合，可调激光测距探头（1）在载板（2）内绕球心转动，在可调激光测距探头（1）下方设有角度控制子系统。3.根据权利要求2所述的一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统，其特征在于所述角度控制子系统包括左右调节机构和前后调节机构，其中左右调节机构位于探头阵列下方，其控制每个可调激光测距探头（1）绕球心在左右方向摆动角度，前后调节机构位于左右调节机构的下方，其控制每行可调激光测距探头（1）绕球心在前后方向摆动角度；前后调节机构通过位于两端的固定夹头（3），固定支撑于底部的水平支撑台（4）上。4.根据权利要求3所述的一种结合可调激光测距探头阵列与智能终端的空间扫描系统，其特征在于所述左右调节机构包括左调节电机（11）、右调节电机（10）和皮带轮（12），其中其中皮带轮（12）位于每个可调激光测距探头（1）下方，并且由皮带轮（12）驱动可调激光测距探头（1）绕球心摆动；探头阵列分为左半部分和右半部分，其中左半部分和右半部分探头阵列的皮带轮（12）通过皮带依次串接，形成联动机构，左半部分和右半部分的可调激光测距探头（1）作为一组，同方向摆动，左半部分的可调激光测距探头（1）由位于左端的左调节电机（11）驱动，右半部分的可调激光测距探头（1）由位于右端的右调节电机（10）驱动。5.根据权利要求４所述的一种结合可调激光测距...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵怡，
申请(专利权)人：赵怡，
类型：发明
国别省市：河南,41