CN117109438A - 基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光扫描技术领域，具体地说，涉及基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统。其包括支架和工件几何信息获取部，还包括：固定部，其用于搭载工件；小车本体，其顶部设置升降台，所述升降台用于将固定部顶起，使其与小车本体同步运动；以及，轨迹形成部，其用于形成轨迹线，并带动所述扫描仪沿轨迹线进行自由运动。本发明中工件通过夹具固定连接在所述固定部上，固定后工件上的最大跨度线平行于轨迹线，然后扫描仪在扫描仪和轨迹形成部的作用下形成立体运动系和线性运动系，在这两个运动系的带动下扫描仪对工件进行全方位扫描。

Description

基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统

技术领域

本发明涉及激光扫描技术领域，具体地说，涉及基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统。

背景技术

激光扫描是一种使用激光束在物体表面上进行三维测量的技术。它通过激光器发射激光束，并使用接收器记录激光束的反射信号，从而获取物体表面的几何信息。通过激光扫描，我们可以获取物体表面的高精度三维数据，为各种应用提供准确的空间信息。

然而面对大工件的扫描，则需要考虑到：

如何建立一个大的扫描空间？工件怎么摆放？等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，以解决如何建立一个大的扫描空间以及工件怎么摆放的问题。

为实现上述目的，提供了基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其包括支架和工件几何信息获取部，所述支架顶部设置探测仪，所述探测仪用于识别工件位置，所述工件几何信息获取部包括扫描仪和机械手，所述扫描仪设置在机械手的端部，激光扫描系统还包括：

固定部，其用于搭载工件；

小车本体，其顶部设置升降台，所述升降台用于将固定部顶起，使其与小车本体同步运动；

以及，轨迹形成部，其用于形成轨迹线，并带动所述扫描仪沿轨迹线进行自由运动；

其中，工件通过夹具固定连接在所述固定部上，固定后工件上的最大跨度线平行于轨迹线；

其中，扫描仪在扫描仪和轨迹形成部的作用下形成立体运动系和线性运动系，在这两个运动系的带动下扫描仪对工件进行全方位扫描。

上述方案中，支架120底部通过螺栓固定连接在地面100a上，设置在支架120顶部的探测仪121在其支撑下处于高侧，这样能够增大探测仪121探测的范围，而且支架120的高度可以调节，这时候就能通过探测仪121确定工件所处位置了，其中：如图2所示，扫描仪210安装在机械手220的端部，具有六个自由度的机械手220形成立体运动系，此时扫描仪210在机械手220的带动下形成立体扫描区域a（图5中示出），立体扫描区域a的范围受机械手220限制，本发明中扫描仪210和机械手220组成工件几何信息获取部200。

如图2所示，轨迹形成部300包括底座310和载板320，结合图3所示，在底座310的顶部具有开放空间310A，开放空间310A内设置具有齿面的滑轨312，以滑轨312长度方向形成的路径确定轨迹线300a，载板320设置在开放空间310A上，机械手220固定在载板320上，并且载板320上邻近机械手220还设置有驱动件330，驱动件330包括电机331和齿轮332，电机331安装在载板320上，其输出轴穿过载板320落于开放空间310A内正对齿轨313的齿面，齿轮332固定连接在输出轴上，并与齿轨313的齿面咬合，电机331通电后，通过其输出轴带动齿轮332转动，然后齿轮332受到齿面上齿的作用力驱动载板320沿轨迹线300a自由运动，形成线性运动系，因为机械手220固定在载板320上，所以当载板320沿轨迹线300a运动时，其形成的立体扫描区域a也能够进行运动，所以立体扫描区域a沿轨迹线300a进行扩大得到扩大区域a´（图6中示出），通过形成的扩大区域a´使扫描仪210能够适应大工件的扫描，而且在固定工件时，会使两个最远点之间的连线（即工件的最大跨度线）平行于轨迹线300a，这样不管工件有多长，都能够通过扫描仪210沿轨迹线300a移动实现扫描，同时还能降低固定后工件的高度。

附图说明

图1为本发明激光扫描系统的整体结构示意图；

图2为本发明的工件几何信息获取部和轨迹形成部结构示意图；

图3为本发明的轨迹形成部以及驱动件组成结构示意图；

图4为本发明的固定部结构示意图；

图5为本发明第一种实施方式的工作原理示意图；

图6为本发明第二种实施方式的工作原理示意图；

图7为本发明第三种实施方式的工作原理示意图；

图8为本发明第四种实施方式的工作原理示意图；

图9为本发明第五种实施方式的工作原理示意图。

图中各个标号意义为：

100a、地面；100b、处理端；110、控制柜；120、支架；121、探测仪；130、小车本体；131、升降台；200、工件几何信息获取部；210、扫描仪；220、机械手；200a、受限高度；300、轨迹形成部；310、底座；310A、开放空间；311、支脚；312、滑轨；313、齿轨；320、载板；321、滑块；330、驱动件；331、电机；332、齿轮；300a、轨迹线；400、固定部；410、支撑台；410A、小车进入口；420、第一固定架；430、第二固定架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

激光扫描是一种使用激光束在物体表面上进行三维测量的技术。它通过激光器发射激光束，并使用接收器记录激光束的反射信号，从而获取物体表面的几何信息。基于此技术，本发明提供了基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，如图1所示，支架120底部通过螺栓固定连接在地面100a上，设置在支架120顶部的探测仪121在其支撑下处于高侧，这样能够增大探测仪121探测的范围，而且支架120的高度可以调节，这时候就能通过探测仪121确定工件所处位置了（探测仪121为C-Track探测仪，C-Track即光学动态跟踪系统，其工作原理已为本技术领域人员所公知，况且本发明的关键点在于如何增大扫描仪210的扫描范围，以实现对较大工件的全方位扫描，因此在这不对探测仪121的工作原理进行赘述），其中：如图2所示，扫描仪210安装在机械手220的端部，具有六个自由度的机械手220形成立体运动系，此时扫描仪210在机械手220的带动下形成立体扫描区域a（图5中示出），立体扫描区域a的范围受机械手220限制，本发明中扫描仪210和机械手220组成工件几何信息获取部200。

如图2所示，轨迹形成部300包括底座310和载板320，结合图3所示，在底座310的顶部具有开放空间310A，开放空间310A内设置具有齿面的滑轨312，以滑轨312长度方向形成的路径确定轨迹线300a，载板320设置在开放空间310A上，机械手220固定在载板320上，并且载板320上邻近机械手220还设置有驱动件330，驱动件330包括电机331和齿轮332，电机331安装在载板320上，其输出轴穿过载板320落于开放空间310A内正对齿轨313的齿面，齿轮332固定连接在输出轴上，并与齿轨313的齿面咬合，电机331通电后，通过其输出轴带动齿轮332转动，然后齿轮332受到齿面上齿的作用力驱动载板320沿轨迹线300a自由运动，形成线性运动系，因为机械手220固定在载板320上，所以当载板320沿轨迹线300a运动时，其形成的立体扫描区域a也能够进行运动，所以立体扫描区域a沿轨迹线300a进行扩大得到扩大区域a´（图6中示出），在此需要解释一下，图5和图6中示出的立体扫描区域a和扩大区域a´只是为了方便表示出二者之间的大小关系，实际形成的区域并不受此限制。

当扩大区域a´形成后，就能够对扩大区域a´内所有的工件进行扫描，因此将固定部400设置在扩大区域a´内，如图4所示，固定部400包括支撑台410和固定件，支撑台410底部具有小车进入口410A，固定件设置在支撑台410顶部，由至少两个固定架组成，然后通过夹具将工件固定在固定架上，固定架具体设置数量根据工件大小而定，需要运动时，小车本体130行驶至小车进入口410A内，利用小车本体130顶部升降台131的抬升将支撑台410顶起，使支撑台410脱离地面100a，这样支撑台410就能够带动第一固定架420以及固定在第一固定架420上的工件随小车本体130进行运动。

一般的，为了避免地面100a的地形影响底座310放置的平稳性，会在底座310的两侧设置多对支脚311，通过支脚311对底座310进行支撑，而且支脚311可以进行高度调节。

此外，开放空间310A内位于齿轨313两侧与其平行设置有滑轨312，载板320底部对应滑轨312设置两组滑块321，两组滑块321分别与齿轨313两侧的滑轨312滑动连接。

另外，在地面100a上还装有控制柜110，控制柜110在处理端100b处理下控制扫描仪210。

接下来通过图5-图9对具体的实施方式进行说明，在此之前需要强调的是，本发明在固定工件时，会使两个最远点之间的连线（即工件的最大跨度线）平行于轨迹线300a，这样不管工件有多长，都能够通过扫描仪210沿轨迹线300a移动实现扫描，而这样固定后的工件高度会降低，就方便了扫描仪210由上方或者下方跨过工件对工件背面进行扫描，这里受机械手220各个关节的影响，扫描仪210能够扫描的高度有限，这时就形成了受限高度200a（图2中示出）。

图5示出了第一种实施方式，通过小车本体130带动支撑台410进行运动，以使工件不同的表面朝向扫描仪210，这样就避免扫描仪210进行大范围的转移，而且也不会受到工件高度的影响，但是较大工件固定在固定架上也很危险，这里固定架设置两个，分别为第一固定架420和第二固定架430，然后通过第一固定架420和第二固定架430在工件的两侧对其进行固定，小车本体130带动支撑台410运动时，自身会有个保护范围b1，具体在支撑台410周围设置多个雷达，其目的是防止支撑台410发生碰撞，这样为了安全考虑，本实施例只针对能够落在保护范围b1内的工件进行实施。

第二种实施方式，扫描仪210沿轨迹线300a运动可以形成扩大区域a´，也就是说在此区域内的工件都能够被扫描到（排除被受限高度200a限制的工件），也就是说通过小车本体130将多个固定有工件的支撑台410运输到扩大区域a´内，这样可以实现多个工件的同时扫描。

更优选的，如图6所示，设置与待扫描工件同等数量的固定部400以及小车本体130，图6中示出了两个固定部400和两个小车本体130，两个小车本体130携带两个固定部400的支撑台410在扩大区域a´内进行运动，而两个支撑台410分别形成保护范围b1和保护范围b2，在保护范围b1和保护范围b2内固定工件c1和工件c2，这样被扫描的工件就不受受限高度200a限制了，也保证了扫描时的安全性。

图7示出了第三实施方式，考虑到本发明是针对大工件使用的，因此为了不对工件长度进行限制，本实施例对于超出保护范围的工件d，采用如下方式：

通过小车本体130将固定工件d的支撑台410移动到扩大区域a´内，然后升降台131下降高度，使支撑台410接触地面100a，然后小车本体130脱离支撑台410，并行驶到扩大区域a´外，这样工件d就不会移动了，安全性得到保证，但受受限高度200a限制会有扫描不到的区域，这时需要小车本体130再次行驶到扩大区域a´内对支撑台410的摆放位置进行调整，进行多次操作实现对工件d的全方位扫描。

图8示出了第四种实施方式，在第三种实施方式的基础上，设置两套工件几何信息获取部200和轨迹形成部300，两套轨迹形成部300相对设置，然后两套工件几何信息获取部200分别设置在两套轨迹形成部300上，小车本体130将工件e1移动到两套轨迹形成部300之间，这样两套工件几何信息获取部200的扫描仪210分别落在了工件e1的两侧，通过两个扫描仪210分别对工件e1的两侧进行扫描，这样就不受受限高度200a所限制了。

图9示出了第五种实施方式，本实施方式中将底座310设置成“U”形，同样齿轨313也设置成“U”形，这样一个扫描仪210就能够沿轨迹线300a由工件e2的一侧移动到工件e2的另一侧，达到和第四种实施方式一样的效果。

综上，第四和第五实施方式更适用于固定后的高度超过受限高度200a的工件。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其包括支架（120）和工件几何信息获取部（200），所述支架（120）顶部设置探测仪（121），所述探测仪（121）用于识别工件位置，所述工件几何信息获取部（200）包括扫描仪（210）和机械手（220），所述扫描仪（210）设置在机械手（220）的端部，其特征在于：还包括：

固定部（400），其用于搭载工件；

小车本体（130），其顶部设置升降台（131），所述升降台（131）用于将固定部（400）顶起，使其与小车本体（130）同步运动；

以及，轨迹形成部（300），其用于形成轨迹线，并带动所述扫描仪（210）沿轨迹线进行自由运动；

其中，工件通过夹具固定连接在所述固定部（400）上，固定后工件上的最大跨度线平行于轨迹线；

其中，所述扫描仪（210）在扫描仪（210）和轨迹形成部（300）的作用下形成立体运动系和线性运动系，在立体运动系和线性运动系的带动下所述扫描仪（210）对工件进行全方位扫描；

所述扫描仪（210）在具有六个自由度的机械手（220）的带动下，形成立体扫描区域，且所述机械手（220）受各个关节的限制得到受限高度。

2.根据权利要求1所述的基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其特征在于：所述轨迹形成部（300）包括：

底座（310），其中顶部具有开放空间（310A），所述开放空间（310A）内设置具有齿面的滑轨（312），以所述滑轨（312）长度方向形成的路径确定轨迹线；

载板（320），其设置在开放空间（310A）上，所述载板（320）用于固定机械手（220）；

和驱动件（330），其包括电机（331）和齿轮（332），所述电机（331）安装在载板（320）上，所述电机（331）其输出轴穿过载板（320）落于开放空间（310A）内正对齿轨（313）的齿面，所述齿轮（332）固定连接在输出轴上，并与所述齿轨（313）的齿面咬合；

其中，电机（331）通电后，通过其输出轴带动齿轮（332）转动，所述齿轮（332）受到齿面上齿的作用力驱动载板（320）沿轨迹线（300a）自由运动，形成线性运动系；

其中，线性运动系用于带动立体扫描区域沿轨迹线进行运动，以形成扩大区域。

3.根据权利要求2所述的基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其特征在于：所述固定部（400）包括支撑台（410）和固定件，所述支撑台（410）底部具有小车进入口（410A），固定件设置在支撑台（410）顶部，固定件由至少两个固定架组成。

4.根据权利要求2所述的基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其特征在于：所述开放空间（310A）内位于齿轨（313）两侧与其平行设置有滑轨（312），所述载板（320）底部对应滑轨（312）设置两组滑块（321），两组滑块（321）分别与所述齿轨（313）两侧的滑轨（312）滑动连接。

5.根据权利要求3所述的基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其特征在于：所述小车本体（130）带动支撑台（410）进行同步运动，以使工件不同的表面朝向扫描仪（210），所述支撑台（410）周围设置多个雷达以形成保护范围；

其中，所述工件在固定后落于保护范围内。

6.根据权利要求3所述的基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其特征在于：所述小车本体（130）将多个固定有工件的支撑台（410）运输到扩大区域内。

7.根据权利要求3所述的基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其特征在于：所述小车本体（130）将固定工件的支撑台（410）移动到扩大区域后驶出，并通过多次进入调整支撑台（410）的摆放位置；

其中，所述工件在固定后超出保护范围。

8.根据权利要求1所述的基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其特征在于：设置两套工件几何信息获取部（200）和轨迹形成部（300），两套轨迹形成部（300）相对设置，两套所述工件几何信息获取部（200）分别设置在两套轨迹形成部（300）上，工件置于两套轨迹形成部（300）之间；

其中，所述工件固定后的高度超过受限高度（200a）。

9.根据权利要求2所述的基于轨道导向配合小车进行大工件扫描的激光扫描系统，其特征在于：所述底座（310）设置成“U”形，所述齿轨（313）也设置成“U”形。