CN106403849B - 一种激光扫描装置及该激光扫描装置的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光扫描装置，包括：激光源模块，发出激光束；扫描振镜模块，接收所述激光束，并将所述激光束反射至一目标物体，所述目标物体将所述激光束反射回所述扫描振镜模块形成反射激光；光检测模块，接收所述反射激光，并将所述反射激光转换为电信号；数据处理模块，与所述光检测模块连接，接收所述电信号并计算所述目标物体的距离数据。采用上述技术方案后，利用快速、高效、可靠且直观的方法和工具来完成平整度的测量，提高对平面的平整度测量工作的质量和效率。

Description

一种激光扫描装置及该激光扫描装置的应用方法

技术领域

本发明涉及激光设备领域，尤其涉及一种激光扫描装置及该激光扫描装置的应用方法。

背景技术

生活中或工程测量中，在许多应用中都需要进行平整度的测量，例如，在进行房屋的内部装修时需要检查墙面，地板或天花板的平整度，在公路建筑中也需要平整度测量等等。目前测量平面的平整度时，主要是使用直尺或单束激光进行测量，这些方法主要依赖于手动操作，通常都很耗费时间，得到的测量结果也不够精确。

因此，基于上述技术问题，本发明提供了一种快速、高效、可靠且直观的方法和工具来完成平整度的测量，提高对平面的平整度测量工作的质量和效率。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种激光扫描装置及该激光扫描装置的应用方法，可简化平整度测量的过程，更直观地显示平面的平整度。

本发明公开了一种激光扫描装置，包括：激光源模块，发出激光束；扫描振镜模块，接收所述激光束，并将所述激光束反射至一目标物体，所述目标物体将所述激光束反射回所述扫描振镜模块形成反射激光；光检测模块，接收所述反射激光，并将所述反射激光转换为电信号；数据处理模块，与所述光检测模块连接，接收所述电信号并计算所述目标物体的距离数据。

优选地，所述扫描振镜模块包括：双轴电子机械单元、设于所述双轴电子机械单元内的反射镜，其中反射镜于所述双轴电子机械单元内绕横轴及竖轴旋转。

优选地，所述扫描振镜模块还包括：反光镜MEMS及设于所述反光镜MEMS内的驱动电路，用于控制所述反光镜MEMS的方向。

优选地，所述驱动电路改变驱动所述反光镜MEMS的电压、电流、频率或波形。

优选地，所述激光源模块包括至少一个激光二极管，每一激光二极管具有相同或不同的波长。

优选地，所述光检测模块及数据处理模块置于一嵌入式单元内。

优选地，所述激光扫描装置还包括：激光调制模块，用于调制所述激光源模块的激光强度和发射时间。

优选地，所述激光扫描装置还包括：透镜模块，改变所述激光源模块的激光束路径和形状。

优选地，所述激光扫描装置还包括：通信模块，与一移动设备交互通信。

优选地，所述激光扫描装置还包括：人机交互模块，所述人机交互模块包括有用户界面、显示器。

优选地，所述激光扫描装置还包括：电源模块，所述电源模块由一次性电池包、可充电电池或外部稳压电源之一提供。

本发明还公开了一种上述激光扫描装置的应用方法，包括：所述激光扫描装置将激光束投射至一区域，以逐行扫描所述区域；所述激光扫描装置检测所述区域的反射光，并计算所述激光扫描装置至所述区域的每一检测点的距离；所述激光扫描装置根据所述区域的形状及所述检测点的距离，计算所述区域的平整度。

优选地，所述激光束呈等高线图，投射至所述区域上；所述激光扫描装置利用所述等高线图的高度显示所述平整度。

优选地，所述激光束呈伪彩色图，根据所述平整度赋予所述区域不同颜色，以显示所述平整度。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.使用者无需手动操作，激光扫描装置将直接完成测距工作；

2.测量结果准确、测量过程快速；

3.直观地显示测量结果，节省使用者的操作流程。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中激光扫描装置的系统结构示意图；

图2为符合本发明一优选实施例的激光扫描装置中扫描振镜模块的结构示意图；

图3为符合本发明一优选实施例中激光扫描装置的扫描区域的示意图；

图4a为符合本发明一优选实施例中激光扫描装置的具有等高线图的扫描区域投射图；

图4b为符合本发明一优选实施例中激光扫描装置的具有伪彩色图的扫描区域投射图。

附图标记：

1-双轴电子机械单元、2-反射镜。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图1，本发明中，激光扫描装置包括有以下设备：

-激光源模块

作为激光扫描装置的核心设备，激光源模块设于激光扫描装置的内部，向外发出激光束。

-扫描振镜模块

设于所述激光源模块发出的激光束的出光口，或是激光束的发射路径上，接收所述激光束，并对接收的激光束进行反射，直至反射至激光扫描装置的外部的一目标物体。当激光束射至目标物体表面时，由于目标物体表面通常具有不同高度或深度，使得目标物体表面上的不同处对激光束的反射效果不同，因此，当目标物体对激光束进行反射时，扫描振镜模块也将对上述反射激光束进行接收，以形成一反射激光。由于扫描振镜模块既接收激光源模块发出的源激光束，还接收目标物体反射回的反射激光，因此，扫描振镜模块可对源激光束和反射激光进行分析，以分析目标物体表面的情况。

-光检测模块

当扫描振镜模块接收反射激光后，将反射激光反射至光检测模块处，接收到反射激光后，光检测模块将反射激光转换为电信号，待后续对电信号进一步处理。电信号可包括激光源模块发出的激光束的频率、相位、强度等，以及反射激光的频率、相位、强度等。

-数据处理模块

与光检测模块连接，接收光检测模块所转换的电信号及电信号内所承载的激光束的信息，并对上述信息进行处理，以计算得出目标物体与激光源的距离数据。具体地，当电信号由光检测模块传输至数据处理模块后，数据处理模块自电信号中提取激光束的信息，并根据相应的原理，计算得出相位差导致的原因，也即目标物体的距离数据。

上述实施例中，光检测模块和数据处理模块可置于一嵌入式单元内，方便使用者对其编程，可实现将激光扫描装置手持化。

参阅图2，一优选实施例中，扫描振镜模块具体包括有双轴电子机械单元1及设于该双轴电子机械单元1内的反射镜2。该双轴电子机械单元1包括有可绕X轴旋转的一X平面及旋转轴，使得设置在X平面上的部件可随着X平面绕X轴旋转时而旋转，同样地，该双轴电子机械单元1还包括有可绕Y轴旋转的一Y平面及旋转轴，设置在Y平面上的部件可随着Y平面绕Y轴旋转时而旋转。且Y平面所具有的旋转轴的两端可旋转地与X平面的内部连接。具体地X平面的中部镂空，以形成一空间，该空间预留给Y平面设置，同时Y平面所具有的旋转轴连接在该空间侧边，也即X平面的内侧边。反光镜置于Y平面上，从而可在X轴、Y轴这双轴上旋转。参阅图3，正是由于反射镜2的二维平面内的任意旋转和任意位置定位，使得由反射镜2反射而出的激光束在这两个轴的旋转限量所界定的一个“金字塔”空间内可被投射到任何方向。而当反射镜2处于高速旋转的状态下时，反射的激光束可充满整个四棱锥的空间。

优选或可选地，扫描振镜模块还包括反光镜MEMS及驱动电路。反光镜MEMS(微型电动-机械系统)，利用其可编程化的特点，使得发出的激光束不再单一，可通过调整激光束的频率、强度、波形等变化其射出的形态，如根据计算的结果在目标物体表面投射等高线图，以显示目标物体表面上具有相同高度或深度的部分，再或者是根据计算的结果在目标物体表面投射伪彩色图，以对不同高度和深度部分进行标识。驱动电路与反光镜MEMS连接，向其发送驱动指令，进而调整反光镜MEMS的电压、电流、频率或波形。驱动电路的指令可由使用者生成，例如，激光扫描装置为手持式的，具有供使用者操作的界面，使用者根据自身的期望输入所希望得到的激光束形状及频率等，从而驱动反光镜MEMS。

针对不同的工况要求，激光源模块可采用单个激光二极管形成的激光源，或是多个激光二极管组成的激光源组。具体地，激光源模块内具有一个激光二极管，及具有单一的波长，可使用该激光二极管所具有的颜色显示距离信息；或是激光源模块内具有有着不同波长的多个激光二极管，可利用多个颜色呈现更加丰富的距离信息。

优选地或可选地，激光扫描装置还包括有激光调制模块，可针对不对的测量要求选择不同的调制模式。如，当以激光发射接收的时间差为基础计算测量值时，可选择脉冲调制模式，当以激光发射接收的相位差为基础计算测量值时，可选择正弦曲线波形模式。因此，针对不同需要的模式，激光调制模块可将激光源模块发出的激光束进行调整，以转化为期望的形式。

在激光源模块的出光口或出光路径上，还设有透镜模块，可改变激光源模块的激光束路径和形状，直接或间接射向扫描振镜模块，以起到引导作用。

鉴于本发明中的激光扫描装置可手持化，为进一步方便使用者的操作，激光扫描装置还包括通信模块或人机交互模块。如为了与使用者的智能设备进行互联，通信模块可与移动设备交互通信，移动设备内可安装有应用软件，使用者可通过对应用软件的操作，转换为间接地通过通信模块转发至驱动电路的操作。而人机交互模块可以向不具有移动设备的使用者提供操作界面，其包括有用户界面和显示器，使用者可直接在用户界面输入指令，可以理解的是，即便是使用者使用智能设备的情况下，激光扫描装置可以是和移动设备结合成单独装置的选择，亦或是与移动设备独立的选择。而人机交互模块可置于激光扫描装置的内部，亦或是外部固定位置的设置。本实施例并未对通信模块、移动设备和人机交互模块的位置进行限定。

而实施例中激光扫描装置的供电可由电源模块提供，电源模块可以是一次性电池包，由使用者人工替换；或是可充电电池，如锂电池等，接外部电源供电；亦或是直接外接一外部稳压电源，均是可选择的方式。

具有上述任一实施例的激光扫描装置后，可根据其所具有的特性进行平整度检测，具体操作为：

开启激光扫描装置，使得其发出的激光或激光束投射至一目标区域，该区域为使用者期望了解平整度的区域。激光束射出后，对区域进行逐行扫描，扫描的部分可略大于目标区域。目标区域将反射激光束形成反射光，反射光将返回至激光扫描装置，接收到反射光后，激光扫描装置计算其本身至区域内每一检测点的距离。最后，根据区域形状及每一检测点至激光扫描装置的距离，计算区域的平整度，并将最终计算结果向使用者显示。

由于扫描振镜模块内反光镜MEMS的使用，使得显示计算结果的方式具有了多样性。参阅图4a及图4b，如，驱动电路驱动反光镜MEMS反射的光呈等高线图，当目标区域内的部分具有相同或相近似的高度或深度时，以一相同的等高线表示，从而使得使用者直观地了解到目标区域的平整情况。如驱动电路驱动反光镜MEMS反射的光呈伪彩色图，发出不同的颜色，并使用不同的颜色代表不同的高度或深度，例如，使用红色表示目标区域超过期望值的高度，用蓝色表示目标区域低于期望值的高度等。表达方式不限定于上述方式和颜色，可根据要求精度和个人喜好选择适当的激光二极管的数量和颜色。

因此，基于前述的实施例及实施方式，本发明提供了一种结合二维激光扫描和激光测距技术的激光扫描装置及应用方法，可利用图形直接显示出测量目标的平整度。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种激光扫描装置，其特征在于，包括：

激光源模块，发出激光束；

所述激光源模块包括至少两个激光二极管，每一激光二极管具有不同的波长；

扫描振镜模块，接收所述激光束，并将所述激光束反射至一目标物体，所述目标物体将所述激光束反射回所述扫描振镜模块形成反射激光；光检测模块，接收所述反射激光，并将所述反射激光转换为电信号；数据处理模块，与所述光检测模块连接，接收所述电信号并计算所述目标物体的距离数据；

所述扫描振镜模块包括：

双轴电子机械单元、设于所述双轴电子机械单元内的反射镜，其中反射镜于所述双轴电子机械单元内绕横轴及竖轴旋转；

所述扫描振镜模块还包括：

反光镜MEMS及设于所述反光镜MEMS内的驱动电路，用于控制所述反光镜MEMS的方向；

所述反光镜MEMS用于根据计算结果在目标物体表面投射等高线图或伪彩色图。

2.如权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述驱动电路改变驱动所述反光镜MEMS的电压、电流、频率或波形。

3.如权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述光检测模块及数据处理模块置于一嵌入式单元内。

4.如权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置还包括：激光调制模块，用于调制所述激光源模块的激光强度和发射时间。

5.如权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置还包括：透镜模块，改变所述激光源模块的激光束路径和形状。

6.如权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置还包括：通信模块，与一移动设备交互通信。

7.如权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置还包括：人机交互模块，所述人机交互模块包括有用户界面、显示器。

8.如权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置还包括：电源模块，所述电源模块由一次性电池包、可充电电池或外部稳压电源之一提供。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的激光扫描装置的应用方法，包括：

所述激光扫描装置将激光束投射至一区域，以逐行扫描所述区域；所述激光扫描装置检测所述区域的反射光，并计算所述激光扫描装置至所述区域的每一检测点的距离；

所述激光扫描装置根据所述区域的形状及所述检测点的距离，计算所述区域的平整度。

10.如权利要求9所述的应用方法，其特征在于，

所述激光扫描装置投射至所述区域上的激光束呈等高线图；

所述激光扫描装置利用所述等高线图的高度显示所述平整度。

11.如权利要求9所述的应用方法，其特征在于，

所述激光扫描装置投射至所述区域的激光束呈伪色彩图，根据所述平整度赋予所述区域不同颜色，以显示所述平整度。

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