[发明专利]一种线激光3D轮廓扫描重建系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种线激光3D轮廓扫描重建系统及其控制方法，属于三维轮廓测量技术领域。它解决了现有轮廓扫描重建系统不够精准可靠等技术问题。本线激光3D轮廓扫描重建系统包括安装架和线激光轮廓仪，安装架上设有滑台组件，滑台组件包括滑轨、丝杠和滑块，滑轨的长度方向与丝杠的长度方向同向设置，滑块滑动安装在滑轨上且滑块与丝杠相螺接，安装架上还设有驱动丝杠转动的伺服电机；线激光轮廓仪连接在滑块上。本发明中使用伺服电机和高精度丝杆配合来驱动线激光轮廓仪相对于被测物体产生位移，组成测量系统以实现高精度3d轮廓测量，整个系统稳定可靠，动作精准。

技术领域

本发明属于三维轮廓测量技术领域，涉及一种线激光3D轮廓扫描重建系统及其控制方法。

背景技术

线激光轮廓仪是一种利用三角测距技术进行测量的无接触式传感器。无接触测量法即不与被测物体进行接触而实现测量的方法。相比于传统的接触式测量方法，非接触式测量具有效率高、自动化程度高、造价低、不会磨损被测物体等优点。主要的非接触式测量方法有ToF法，结构光技术，双目视觉技术等。结构光测量方法由于其所发射的激光不同可分为点激光传感器、线激光传感器、面阵激光传感器。线结构光传感技术相比与ToF和双目视觉技术，具有测量精度高，畸变小的特点，被广泛应用于模具质量检测，逆向工程等领域。由于线激光传感器只能获得激光线测量处的有限长度信息，为了实现整体测量，必须借助其他高精度位移平台，从而组成测量系统，来完成物体的整体测量。

发明内容

本发明根据现有技术存在的上述问题，提供了一种线激光3D轮廓扫描重建系统，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种自动化程度高、精度高的线激光3D轮廓扫描重建系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种线激光3D轮廓扫描重建系统，包括安装架和线激光轮廓仪，其特征在于，所述安装架上设有滑台组件，所述滑台组件包括滑轨、丝杠和滑块，所述滑轨的长度方向与丝杠的长度方向同向设置，所述滑块滑动安装在所述滑轨上且所述滑块与所述丝杠相螺接，所述安装架上还设有驱动所述丝杠转动的伺服电机；所述线激光轮廓仪连接在所述滑块上。

在上述的线激光3D轮廓扫描重建系统中，所述线激光3D轮廓扫描重建系统还包括伺服电机驱动器、轮廓仪驱动器、PLC控制器以及PC上位机，所述伺服电机驱动器和轮廓仪驱动器与所述PLC控制器以及PC上位机电连接。

在上述的线激光3D轮廓扫描重建系统中，所述安装架包括两个平行间隔设置的立柱，所述立柱竖向设置，每个所述立柱的下端均固连有纵向的支撑梁，两个所述立柱的上端之间固设有横向的横梁，所述滑轨沿所述横梁的长度方向设置在所述横梁的侧面上，所述滑块上固设有安装支架，所述线激光轮廓仪固连在所述安装支架上。本技术方案中定义横梁的长度方向为横向，水平面内垂直于横梁长度方向的方向为纵向。

其原理如下：伺服电机主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到一个脉冲，就会旋转一个脉冲对应的角度，从而实现位移。伺服电机中的编码器具备发出脉冲的功能，伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲。将伺服电机发出的脉冲和接受的脉冲进行比对就可以得到差值，控制系统利用此差值就能够得到反馈形成闭环系统，进而就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制伺服电机的转动，实现精确的定位，其重复定位精度可以达到0.001mm。

上述线激光轮廓仪可以发出谱带型的激光束，激光束在目标表面发生漫反射，反射后的光落在CMOS上。这样通过CMOS检测反射后的位置和形状中的变化来检测目标表面各个点的位置。

滑台组件带动线激光轮廓仪位移的控制逻辑为：首先PC上位机运行软件通过Ethernet接口与PLC控制器通信，发送开始的命令和移动速度、移动距离、移动模式等参数。PLC控制器接收命令并得到参数之后转换成指定频率的脉冲带动伺服电机，伺服电机驱动滑块使安装支架带动线激光轮廓仪进行运动，使线激光轮廓仪与被测物体产生相对位移，从而实现对物体轮廓的批处理扫描。