三維旋轉激光掃描測量系統的設計

摘要：為了實(shí)現三維激光掃描儀的旋轉掃描測量問(wèn)題，用于實(shí)現形狀復雜的三維柱形物體的數字化測量，在普通三維激光掃描儀的基礎上，增加了一個(gè)可以自動(dòng)旋轉的數控轉臺，從而實(shí)現了旋轉測量的目的。通過(guò)在轉臺上安裝標定球的方法來(lái)實(shí)現轉臺中心軸線(xiàn)的精確標定，獲得了新的轉臺中心軸線(xiàn)的標定方法和后期的拼合和處理方案。
關(guān)鍵詞：旋轉掃描；轉臺標定；多視拼合；激光掃描儀

0 引言
自然對象和大部分的人造對象都具有復雜的三維形狀，如何在計算機中建立三維對象的計算機模型就是三維形狀的數字化問(wèn)題，該項研究源于20世紀六七十年代。三維形狀復雜多變、形狀繁多，而且其外觀(guān)、材質(zhì)、顏色、用途等各不相同，這就使得三維形狀數字化的問(wèn)題非常復雜，至今，該項技術(shù)尚未成熟，仍是數字化技術(shù)研究的難點(diǎn)。目前，三維形狀數字化技術(shù)種類(lèi)很多，包括機械、聲學(xué)、光學(xué)、電磁等類(lèi)型，其中運用得最廣泛、效果最好的是光學(xué)測量技術(shù)。光學(xué)測量是光電技術(shù)、機械測量、計算機技術(shù)相結合的產(chǎn)物，可以實(shí)現快速，準確的測量。該項技術(shù)具有速度快、精度高、非接觸、易于自動(dòng)化的特點(diǎn)，主要適用于自由曲面的測量。目前，光學(xué)測量技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應用，其中最典型的應用是三維激光掃描儀。

1 三維激光掃描儀的工作原理
三維激光掃描儀是基于激光掃描測量的原理而設計的，主要作用是對三維形狀進(jìn)行數字化，基本工作原理是：線(xiàn)激光器發(fā)出的光平面掃描物體表面，面陣CCD采集被測物面上激光掃描線(xiàn)的漫反射圖像，在計算機中對激光掃描線(xiàn)圖像進(jìn)行處理，依據空間物點(diǎn)與CCD面陣像素的對應關(guān)系計算物體的景深信息，得到物體表面的三維坐標數據，快速建立原型樣件的三維模型，如圖1所示。

2 三維旋轉激光掃描測量系統
目前，普通的三維激光掃描儀存在的主要問(wèn)題是難以實(shí)現復雜三維圖像的掃描數字化問(wèn)題，如圓柱形狀的石雕、木雕等。如圖2所示。

如果設計出能夠旋轉掃描測量的系統，則可以有效地解決數字化設計與制造之間的銜接。這樣的系統，企業(yè)投入少，見(jiàn)效快，而且能夠將激光掃描測頭安裝在數控雕刻機上，設計出能夠旋轉掃描測量的系統，可以有效地解決數字化設計與制造之間的銜接，充分利用現有數控設備，節省硬件成本。
為了解決復雜物體的數字化問(wèn)題，同時(shí)降低企業(yè)的投入成本，我的設計方案是，在普通三維激光掃描儀的基礎上，開(kāi)發(fā)出能夠實(shí)現360°旋轉的旋轉掃描測量系統，改進(jìn)已有平面浮雕掃描軟件，使之適用于改進(jìn)后的系統。