CN113093150A - 一种地面三维激光扫描仪以及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面三维激光扫描仪以及使用方法，具体涉及三维激光扫描技术领域，包括机体，所述机体外壁转动连接有支撑架，所述支撑架下部内安装有跟踪组件，所述支撑架上部内安装有防护组件。本发明通过跟踪组件的设置，使三维激光扫描仪的反射棱镜能跟随地面待测物体方位的变化发生精准地转动，使反射棱镜与待测物体始终处于同一条检测线上，精准自动跟踪待测物体的方位，使三维激光扫描精度高，减小了扫描误差，提高了数据分析结果的准确性，实用性强，通过防护组件的设置，可使地面三维激光扫描仪在雨、雪和冰雹等恶劣天气环境下也能保持工作状态，扩展了扫描仪的应用场合，提高了扫描仪的适用性。

Description

一种地面三维激光扫描仪以及使用方法

技术领域

本发明涉及三维激光扫描技术领域，具体涉及一种地面三维激光扫描仪以及使用方法。

背景技术

三维激光扫描仪是三维激光扫描系统的主要组成部分，主要是由激光射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑、CCD机以及软件等组成。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。从工作方式上看，地面三维激光扫描仪可以看做一台高速运转的自动测角、测距的无棱镜全站仪。一般包括扫描仪、控制系统和供电系统。扫描系统主要包括激光测距系统、激光测角系统、仪器内部控制校正系统和CCD相机。三维激光扫描仪通过仪器内部伺服马达系统精密控制反射棱镜的快速转动，发射并接收物体反射的激光脉冲。测量每个激光脉冲传播的时间(或相位差)并以此来计算扫描仪到被测目标的距离。同时角度编码器记录扫描瞬时的水平角、垂直角、目标的反射强度信息。由测得的水平角、垂直角和距离根据公式就可计算出目标点的空间三维坐标。

由于地面三维激光扫描仪需要接收被测物体反射的激光信号来计算坐标。因此，目标表面的反射特性对观测结果有很大影响。不同距离和不同倾斜角度的物体反射率都不相同。距离的远近影响接收到的反射信号的强度，被测物体与反射镜不在同一条检测直线上时，会导致激光光束返回不能被完全接收，对测距和测角结果都有影响。且操作人员的熟练和细心程度不同会引起地面三维激光扫描仪在对中、整平、目标框选以及各种扫描参数设置等各方面中产生相应的误差，降低扫描结果的精准度。

基于目前的地面三维激光扫描仪不具有防护功能，但雨、雪和冰雹等恶劣天气会对仪器数据的采集造成巨大阻碍，且严重影响采集检测结果的准确率，易造成仪器的损坏，故现有地面三维激光扫描仪不适用于恶劣天气，难以满足各种天气和不良环境的使用要求，适用性低。

发明内容

为此，本发明提供一种地面三维激光扫描仪以及使用方法，通过跟踪组件的设置，使三维激光扫描仪的反射棱镜能跟随地面待测物体方位的变化发生精准地转动，使反射棱镜与待测物体始终处于同一条检测线上，精准自动跟踪待测物体的方位，使三维激光扫描精度高，减小了扫描误差，提高了数据分析结果的准确性，实用性强，通过防护组件的设置，可使地面三维激光扫描仪在雨、雪和冰雹等恶劣天气和各种不良环境下也能保持工作状态，扩展了扫描仪的应用场合，提高了扫描仪的适用性，以解决现有技术中由于被测物体与扫描仪间定位不准导致观测结果精准度低和地面三维激光扫描仪不适用于恶劣天气，难以满足各种天气和不良环境的使用要求，适用性低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种地面三维激光扫描仪，包括机体，所述机体外壁转动连接有支撑架，所述支撑架下部内安装有跟踪组件，所述支撑架上部内安装有防护组件；

所述跟踪组件包括底板，所述底板右部内开设有第一滑槽，所述底板左部内开设有第二滑槽，所述第一滑槽内滑动连接有第一L型连板，所述第二滑槽内滑动连接有第二L型连板，所述第一L型连板和第二L型连板前部内分别开设有下滑槽和上滑槽，所述下滑槽和上滑槽间滑动连接有插销，所述插销上部外壁固定套接有连接片，所述连接片左壁固定连接有齿条，所述底板后部内开设有卡槽，所述卡槽内转动连接有支架，所述支架前端内转动连接有转轴，所述支架右上壁固定连接有支杆，所述支杆下部前壁固定连接有导向板，所述支杆外壁滑动套接有滑筒，所述滑筒顶部外壁转动套接有卡圈，所述滑筒底部前壁与卡圈后壁均固定连接有转座，两个所述转座中部外壁均转动套接有连杆，所述连杆下端均转动连接有基杆；

所述防护组件包括立板，所述立板左壁上部固定连接有传动箱，所述传动箱前壁右部固定连接有两块基准板，两块所述基准板间转动连接有主动蜗杆，所述主动蜗杆上壁固定连接有手摇扶手，所述传动箱左部内转动连接有收卷辊，所述收卷辊前端外壁固定套接有从动蜗轮，所述收卷辊外壁转动套接有防护布，所述防护布左端固定连接有限位条，所述限位条右壁和传动箱左壁的前端与后端均固定连接有承载块，四块所述承载块下壁内均通过卡销转动连接有折叠杆。

进一步地，所述支撑架内开设有限位槽，所述底板固定连接在限位槽底部。

进一步地，所述转轴中部外壁固定套接有联动齿轮，所述联动齿轮下壁与齿条上壁啮合连接。

进一步地，所述滑筒前壁内开设有定位槽，所述导向板滑动连接在定位槽内。

进一步地，所述支撑架左壁内固定连接有安装块，所述安装块内转动连接有心轴，所述心轴右端外壁与上部基杆外端固定套接，下部所述基杆外端与转轴右端外壁固定套接。

进一步地，所述支杆上壁与机体下壁固定连接，所述机体底部转动连接在支撑架上壁内。

进一步地，所述立板下壁与支撑架上壁右部固定连接，所述主动蜗杆左壁与从动蜗轮右壁啮合连接。

进一步地，所述传动箱左壁上壁开设有凹槽，所述防护布滑动连接在凹槽内，所述限位条左壁面积大于凹槽左部面积，前部与后部两根所述折叠杆内端均通过卡销转动连接。

本发明还包括该地面三维激光扫描仪的使用方法，具体步骤如下：

步骤一：控制第一L型连板在第一滑槽内的滑动位置和第二L型连板在第二滑槽内的滑动位置，从而控制插销在下滑槽和上滑槽间的滑动位置，可调整插销的位置；

步骤二：插销移动则连接片联动，带动齿条前伸和后缩，带动齿条与联动齿轮啮合传动，使联动齿轮带动转轴转动，使基杆联动，带动连杆上抬或下降，在转座的连接作用下，滑筒沿支杆外壁滑动上抬或下移，则卡圈联动上升或下降，上部连杆和基杆联动带动心轴转动一定角度，心轴正转或反转转动的角度，可反映第一L型连板的伸出和缩回长度，即插销的x轴位置；

步骤三：齿条带动联动齿轮左右倾斜时，支架随之在卡槽内转动，带动支杆随之联动，则导向板带动滑筒左右摆动，机体随之摆动，与插销处于同一根被测射线上，机体左右摆动的角度，可反映第二L型连板左右移动的长度，即插销的y轴位置；

步骤四：使插销底部与待测物体固定连接，则待测物体的坐标位置可直接反映到机体上；

步骤五：在雨、雪和冰雹的恶劣天气下，可手持手摇扶手顺时针旋转，可带动主动蜗杆顺时针旋转与从动蜗轮啮合传动，从动蜗轮逆时针旋转，带动收卷辊逆时针旋转，可使防护布伸出；

步骤六：手持限位条向左移动，则两对折叠杆沿卡销转动，其内端角度逐渐增大，对伸出的防护布进行支撑，可对机体进行防护和遮挡，同理，手持手摇扶手逆时针旋转，则可控制防护布自动缩回，回卷到收卷辊外壁。

本发明具有如下优点：

1、本发明通过跟踪组件的设置，与现有技术相比，使三维激光扫描仪的反射棱镜能跟随地面待测物体方位的变化发生精准地转动，使反射棱镜与待测物体始终处于同一条检测线上，精准自动跟踪待测物体的方位，保证了待测物体的反射率和反射信号的强度，并使激光光束返回能被完全接收，使三维激光扫描精度高，减小了扫描误差，提高了数据分析结果的准确性，实用性强；

2、本发明通过防护组件的设置，与现有技术相比，可使地面三维激光扫描仪在雨、雪和冰雹等恶劣天气和各种不良环境下也能保持工作状态，扩展了扫描仪的应用场合，提高了扫描仪的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明整体结构立体图；

图2为本发明跟踪组件结构立体图；

图3为本发明滑筒传动结构立体图；

图4为本发明底板结构立体图；

图5为本发明L型连板与插销配合结构立体图；

图6为本发明承载块与折叠杆配合结构仰视图；

图7为本发明防护组件结构立体图。

图中：1、机体；2、支撑架；3、跟踪组件；4、防护组件；5、限位槽；6、底板；7、第一滑槽；8、第二滑槽；9、第一L型连板；10、第二L型连板；11、下滑槽；12、上滑槽；13、插销；14、连接片；15、齿条；16、卡槽；17、支架；18、转轴；19、联动齿轮；20、支杆；21、导向板；22、滑筒；23、定位槽；24、卡圈；25、转座；26、连杆；27、基杆；28、安装块；29、心轴；30、立板；31、传动箱；32、基准板；33、主动蜗杆；34、手摇扶手；35、收卷辊；36、从动蜗轮；37、限位条；38、防护布；39、承载块；40、卡销；41、折叠杆。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照说明书附图1-7，该实施例的一种地面三维激光扫描仪，包括机体1，所述机体1外壁转动连接有支撑架2，所述支撑架2下部内安装有跟踪组件3，所述支撑架2上部内安装有防护组件4；

所述跟踪组件3包括底板6，所述底板6右部内开设有第一滑槽7，所述底板6左部内开设有第二滑槽8，所述第一滑槽7内滑动连接有第一L型连板9，所述第二滑槽8内滑动连接有第二L型连板10，所述第一L型连板9和第二L型连板10前部内分别开设有下滑槽11和上滑槽12，所述下滑槽11和上滑槽12间滑动连接有插销13，所述插销13上部外壁固定套接有连接片14，所述连接片14左壁固定连接有齿条15，所述底板6后部内开设有卡槽16，所述卡槽16内转动连接有支架17，所述支架17前端内转动连接有转轴18，所述支架17右上壁固定连接有支杆20，所述支杆20下部前壁固定连接有导向板21，所述支杆20外壁滑动套接有滑筒22，所述滑筒22顶部外壁转动套接有卡圈24，所述滑筒22底部前壁与卡圈24后壁均固定连接有转座25，两个所述转座25中部外壁均转动套接有连杆26，所述连杆26下端均转动连接有基杆27；

所述防护组件4包括立板30，所述立板30左壁上部固定连接有传动箱31，所述传动箱31前壁右部固定连接有两块基准板32，两块所述基准板32间转动连接有主动蜗杆33，所述主动蜗杆33上壁固定连接有手摇扶手34，所述传动箱31左部内转动连接有收卷辊35，所述收卷辊35前端外壁固定套接有从动蜗轮36，所述收卷辊35外壁转动套接有防护布38，所述防护布38左端固定连接有限位条37，所述限位条37右壁和传动箱31左壁的前端与后端均固定连接有承载块39，四块所述承载块39下壁内均通过卡销40转动连接有折叠杆41。

进一步地，所述支撑架2内开设有限位槽5，所述底板6固定连接在限位槽5底部，为第一L型连板9和第二L型连板10提供了传动空间。

进一步地，所述转轴18中部外壁固定套接有联动齿轮19，所述联动齿轮19下壁与齿条15上壁啮合连接，在齿条15随连接片14运动前后伸缩或左右摆动时，齿条15与联动齿轮19啮合传动或齿条15齿牙与联动齿轮19卡和摆动，都会使联动齿轮19联动。

进一步地，所述滑筒22前壁内开设有定位槽23，所述导向板21滑动连接在定位槽23内，使滑筒22在导向板21和定位槽23的滑动限位作用下只能上下滑动，从而带动上部连杆26上升或下降。

进一步地，所述支撑架2左壁内固定连接有安装块28，所述安装块28内转动连接有心轴29，所述心轴29右端外壁与上部基杆27外端固定套接，下部所述基杆27外端与转轴18右端外壁固定套接，使卡圈24上升或下降时，上部连杆26和基杆27联动带动心轴29转动一定角度，心轴29正转或反转转动的角度。

进一步地，所述支杆20上壁与机体1下壁固定连接，所述机体1底部转动连接在支撑架2上壁内，对机体1的位置进行了限制。

进一步地，所述立板30下壁与支撑架2上壁右部固定连接，所述主动蜗杆33左壁与从动蜗轮36右壁啮合连接，为传动箱31提供了安装点，主动蜗杆33顺时针旋转可与从动蜗轮36啮合传动，从动蜗轮36逆时针旋转，可带动收卷辊35逆时针旋转。

进一步地，所述传动箱31左壁上壁开设有凹槽，所述防护布38滑动连接在凹槽内，所述限位条37左壁面积大于凹槽左部面积，前部与后部两根所述折叠杆41内端均通过卡销40转动连接，手持限位条37左右移动，则两对折叠杆41沿卡销40转动，其内端角度变，可对伸出的防护布38进行支撑。

本发明还包括该地面三维激光扫描仪的使用方法，具体步骤如下：

步骤一：控制第一L型连板9在第一滑槽7内的滑动位置和第二L型连板10在第二滑槽8内的滑动位置，从而控制插销13在下滑槽11和上滑槽12间的滑动位置，可调整插销13的位置；

步骤二：插销13移动则连接片14联动，带动齿条15前伸和后缩，带动齿条15与联动齿轮19啮合传动，使联动齿轮19带动转轴18转动，使基杆27联动，带动连杆26上抬或下降，在转座25的连接作用下，滑筒22沿支杆20外壁滑动上抬或下移，则卡圈24联动上升或下降，上部连杆26和基杆27联动带动心轴29转动一定角度，心轴29正转或反转转动的角度，可反映第一L型连板9的伸出和缩回长度，即插销13的x轴位置；

步骤三：齿条15带动联动齿轮19左右倾斜时，支架17随之在卡槽16内转动，带动支杆20随之联动，则导向板21带动滑筒22左右摆动，机体1随之摆动，与插销13处于同一根被测射线上，机体1左右摆动的角度，可反映第二L型连板10左右移动的长度，即插销13的y轴位置，使三维激光扫描仪的反射棱镜能跟随地面待测物体方位的变化发生精准地转动；

步骤四：使插销13底部与待测物体固定连接，则待测物体的坐标位置可直接反映到机体1上，使反射棱镜与待测物体始终处于同一条检测线上，精准自动跟踪待测物体的方位，保证了待测物体的反射率和反射信号的强度，并使激光光束返回能被完全接收，使三维激光扫描精度高，减小了扫描误差，提高了数据分析结果的准确性，实用性强；

步骤五：在雨、雪和冰雹的恶劣天气下，可手持手摇扶手34顺时针旋转，可带动主动蜗杆33顺时针旋转与从动蜗轮36啮合传动，从动蜗轮36逆时针旋转，带动收卷辊35逆时针旋转，可使防护布38伸出；

步骤六：手持限位条37向左移动，则两对折叠杆41沿卡销40转动，其内端角度逐渐增大，对伸出的防护布38进行支撑，可对机体1进行防护和遮挡，使地面三维激光扫描仪在雨、雪和冰雹等恶劣天气和各种不良环境下也能保持工作状态，同理，手持手摇扶手34逆时针旋转，则可控制防护布38自动缩回，回卷到收卷辊35外壁，扩展了扫描仪的应用场合，提高了扫描仪的适用性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种地面三维激光扫描仪，包括机体(1)，其特征在于：所述机体(1)外壁转动连接有支撑架(2)，所述支撑架(2)下部内安装有跟踪组件(3)，所述支撑架(2)上部内安装有防护组件(4)；

所述跟踪组件(3)包括底板(6)，所述底板(6)右部内开设有第一滑槽(7)，所述底板(6)左部内开设有第二滑槽(8)，所述第一滑槽(7)内滑动连接有第一L型连板(9)，所述第二滑槽(8)内滑动连接有第二L型连板(10)，所述第一L型连板(9)和第二L型连板(10)前部内分别开设有下滑槽(11)和上滑槽(12)，所述下滑槽(11)和上滑槽(12)间滑动连接有插销(13)，所述插销(13)上部外壁固定套接有连接片(14)，所述连接片(14)左壁固定连接有齿条(15)，所述底板(6)后部内开设有卡槽(16)，所述卡槽(16)内转动连接有支架(17)，所述支架(17)前端内转动连接有转轴(18)，所述支架(17)右上壁固定连接有支杆(20)，所述支杆(20)下部前壁固定连接有导向板(21)，所述支杆(20)外壁滑动套接有滑筒(22)，所述滑筒(22)顶部外壁转动套接有卡圈(24)，所述滑筒(22)底部前壁与卡圈(24)后壁均固定连接有转座(25)，两个所述转座(25)中部外壁均转动套接有连杆(26)，所述连杆(26)下端均转动连接有基杆(27)；

所述防护组件(4)包括立板(30)，所述立板(30)左壁上部固定连接有传动箱(31)，所述传动箱(31)前壁右部固定连接有两块基准板(32)，两块所述基准板(32)间转动连接有主动蜗杆(33)，所述主动蜗杆(33)上壁固定连接有手摇扶手(34)，所述传动箱(31)左部内转动连接有收卷辊(35)，所述收卷辊(35)前端外壁固定套接有从动蜗轮(36)，所述收卷辊(35)外壁转动套接有防护布(38)，所述防护布(38)左端固定连接有限位条(37)，所述限位条(37)右壁和传动箱(31)左壁的前端与后端均固定连接有承载块(39)，四块所述承载块(39)下壁内均通过卡销(40)转动连接有折叠杆(41)。

2.根据权利要求1所述的一种地面三维激光扫描仪，其特征在于：所述支撑架(2)内开设有限位槽(5)，所述底板(6)固定连接在限位槽(5)底部。

3.根据权利要求1所述的一种地面三维激光扫描仪，其特征在于：所述转轴(18)中部外壁固定套接有联动齿轮(19)，所述联动齿轮(19)下壁与齿条(15)上壁啮合连接。

4.根据权利要求1所述的一种地面三维激光扫描仪，其特征在于：所述滑筒(22)前壁内开设有定位槽(23)，所述导向板(21)滑动连接在定位槽(23)内。

5.根据权利要求1所述的一种地面三维激光扫描仪，其特征在于：所述支撑架(2)左壁内固定连接有安装块(28)，所述安装块(28)内转动连接有心轴(29)，所述心轴(29)右端外壁与上部基杆(27)外端固定套接，下部所述基杆(27)外端与转轴(18)右端外壁固定套接。

6.根据权利要求1所述的一种地面三维激光扫描仪，其特征在于：所述支杆(20)上壁与机体(1)下壁固定连接，所述机体(1)底部转动连接在支撑架(2)上壁内。

7.根据权利要求1所述的一种地面三维激光扫描仪，其特征在于：所述立板(30)下壁与支撑架(2)上壁右部固定连接，所述主动蜗杆(33)左壁与从动蜗轮(36)右壁啮合连接。

8.根据权利要求1所述的一种地面三维激光扫描仪，其特征在于：所述传动箱(31)左壁上壁开设有凹槽，所述防护布(38)滑动连接在凹槽内，所述限位条(37)左壁面积大于凹槽左部面积，前部与后部两根所述折叠杆(41)内端均通过卡销(40)转动连接。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种地面三维激光扫描仪，其特征在于：还包括该地面三维激光扫描仪的使用方法，具体步骤如下：

步骤一：控制第一L型连板(9)在第一滑槽(7)内的滑动位置和第二L型连板(10)在第二滑槽(8)内的滑动位置，从而控制插销(13)在下滑槽(11)和上滑槽(12)间的滑动位置，可调整插销(13)的位置；

步骤二：插销(13)移动则连接片(14)联动，带动齿条(15)前伸和后缩，带动齿条(15)与联动齿轮(19)啮合传动，使联动齿轮(19)带动转轴(18)转动，使基杆(27)联动，带动连杆(26)上抬或下降，在转座(25)的连接作用下，滑筒(22)沿支杆(20)外壁滑动上抬或下移，则卡圈(24)联动上升或下降，上部连杆(26)和基杆(27)联动带动心轴(29)转动一定角度，心轴(29)正转或反转转动的角度，可反映第一L型连板(9)的伸出和缩回长度，即插销(13)的x轴位置；

步骤三：齿条(15)带动联动齿轮(19)左右倾斜时，支架(17)随之在卡槽(16)内转动，带动支杆(20)随之联动，则导向板(21)带动滑筒(22)左右摆动，机体(1)随之摆动，与插销(13)处于同一根被测射线上，机体(1)左右摆动的角度，可反映第二L型连板(10)左右移动的长度，即插销(13)的y轴位置；

步骤四：使插销(13)底部与待测物体固定连接，则待测物体的坐标位置可直接反映到机体(1)上；

步骤五：在雨、雪和冰雹的恶劣天气下，可手持手摇扶手(34)顺时针旋转，可带动主动蜗杆(33)顺时针旋转与从动蜗轮(36)啮合传动，从动蜗轮(36)逆时针旋转，带动收卷辊(35)逆时针旋转，可使防护布(38)伸出；

步骤六：手持限位条(37)向左移动，则两对折叠杆(41)沿卡销(40)转动，其内端角度逐渐增大，对伸出的防护布(38)进行支撑，可对机体(1)进行防护和遮挡，同理，手持手摇扶手(34)逆时针旋转，则可控制防护布(38)自动缩回，回卷到收卷辊(35)外壁。

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