CN206905697U - 一种三维空间升降水平可调扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维空间升降水平可调扫描装置，包括支撑机构、升降机构、控制箱、激光扫描仪、水平传感器和限位开关组件，所述支撑机构采用三脚架支撑结构，该三脚架支撑结构包括三条支撑脚以及安装在三条支撑脚顶端的上支撑台和安装在接近于三条支撑脚底端的下支撑台，该升降机构底端安装在下支撑台上表面，升降机构的顶端穿过所述上支撑台与所述控制箱固定连接，水平传感器紧贴在所述激光扫描仪的外壳上，激光扫描仪的外壳与控制箱内设置的步进电机进行传动连接，限位开关组件固定在升降机构上且控制升降机构上下运动。本实用新型的三维空间扫描装置能够精准地实现水平圆周转动进行扫描，自动化程度高，大大降低了人工劳动强度。

Description

一种三维空间升降水平可调扫描装置

技术领域

本实用新型涉及扫描测量技术领域，尤其涉及一种三维空间升降水平可调扫描装置。

背景技术

建筑消防系统是一个重大的民生工程，关系到人民的生命财产安全和消防官兵的生命安全。目前，全国仅高层建筑就有几十万座，其余大大小小的建筑不计其数，消防指挥中心掌握大量的建筑平面图纸，不论是设计和施工、日常监控还是消防实战，这些建筑图纸用起来都非常困难，往往等到好不容易找出图纸来，最佳的救援时机已经错过了，因此，要想尽可能地提高消防效率，我们需要采集尽可能多的室内建筑的三维空间模型，面对如此巨大的工作量，没有一个快速建模测量的工具，这将是一个不可能完成的任务，传统的室内建筑模型测量设备都是使用各种摄像机、照相机等进行测量，利用这些设备测量通常只能得到物体的平面图像，很难反应出室内建筑的三维空间结构信息，而且这些设备测量费用较高、测量速度较慢，携带不方便，对于室内空间楼层比较高大时，扫描难度加大，从而就会导致室内三维空间扫描不够完整扫描结果误差偏大，而且安装调整操作复杂等各种缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种三维空间升降水平可调扫描装置，根据本实用新型的能够对三维空间实现快速地扫描测量，能有效扩大激光竖直方向的扫描范围，安装和拆卸快捷，携带方便，其结构性能稳定、操作简单、使用方便，本实用新型采用的技术方案如下：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种三维空间升降水平可调扫描装置，包括支撑机构、升降机构、控制箱、激光扫描仪、水平传感器和限位开关组件，所述支撑机构采用三脚架支撑结构，所述三脚架支撑结构包括三条支撑脚以及安装在三条支撑脚顶端的上支撑台和安装在接近于三条支撑脚底端的下支撑台，所述升降机构底端安装在下支撑台上表面，所述升降机构的顶端穿过所述上支撑台安装所述控制箱，所述水平传感器紧贴在所述激光扫描仪的外壳上，在所述控制箱内设置有步进电机以及控制所述步进电机转动、采集所述激光扫描仪数据的控制电路，所述步进电机的输出轴与所述激光扫 描仪的外壳进行传动连接，所述激光扫描仪、水平传感器分别与所述控制电路电气连接，所述限位开关组件固定在所述升降机构上且控制升降机构上下运动，所述限位开关组件的控制端与所述控制电路电气连接。

优选的，所述升降机构包括气缸、左滑道、右滑道、左滑动支撑轴、右滑动支撑轴，所述左滑道和右滑道垂直固装在上支撑台的下表面和下支撑台的上表面之间，在所述左滑道的下端和右滑道的下端之间且接近于下支撑台的上方固定安装有限位板，所述限位板与所述下支撑台之间固定安装所述气缸；

所述左滑动支撑轴的下端和右滑动支撑轴的下端分别穿过上支撑台后垂直固装在中间支撑板的两端，在所述左滑动支撑轴的下端外侧固定设置与左滑道匹配的左滑块，在所述右滑动支撑轴的下端外侧固定设置有与所述右滑道匹配滑动连接的右滑块，所述左滑动支撑轴的上端和右滑动支撑轴的上端与所述控制箱的两侧连接；所述气缸的输出轴贯穿通过所述限位板、中间支撑板、上支撑台与所述控制箱底部连接；

所述限位开关组件包括下限位开关、上限位开关和测距传感器，所述下限位开关固定设置在限位板的上表面，所述上限位开关固定设置在上支撑台的下表面，所述下限位开关、上限位开关和测距传感器分别与所述控制电路电气连接。

优选的，所述控制电路包括电源单元、微控制器、网络通信单元和电机驱动单元，所述激光扫描仪数据输出端、水平传感器的数据输出端分别与所述微控制器的信号接收端连接，所述微控制器的通信输出端通过数据线与所述网络通信单元连接，所述微控制器的信号控制端通过电机驱动单元与所述步进电机信号控制端连接，所述电源单元的电源输出端分别与所述微控制器的电源端、网络通信单元的电源端、电机驱动单元的电源端、激光扫描仪的电源端、水平传感器的电源端、步进电机的电源端进行电气连接。本实用新型的电源单元主要采用9V直流电压或电池输出为限位开关组件供电，经过相应的变换之后输出3.3V、5V的直流电压给其他控制器件供电。

优选的，所述测距传感器采用超声波测距传感器，或采用激光测距传感器，或采用红外线测距传感器。

优选的，在三条所述支撑脚底端还分别设置有防滑套，三条所述支撑脚为可伸缩的支撑脚。

优选的，所述升降机构竖直方向上下运动范围为0～200cm。

优选的，所述激光扫描仪的转动的角度为0～360°。

本实用新型采用的上述技术方案，具有如下显著效果：

(1)、本实用新的扫描装置能对三维空间实现快速的扫描测量，安装和拆卸快捷，携带方便，操作简单，结构简单，易于维修，自动化程度高，大大降低了人工劳动强度，提高了工作效率，扫描效率高，降低人力资源的消耗。

(2)、本实用新型的三维空间扫描装置可稳定的进行升降扫描，能够精准地控制激光扫描仪作水平圆周转动进行扫描，同时还能有效控制升降机构稳定地升降操作，扩大了激光扫描仪竖直方向的扫描范围和水平方向的旋转扫描范围，拍摄效率高，拍摄的图像质量好，扫描后的数据处理速度快，数据处理快捷，数据传输速率快且简便。

附图说明

图1是本实用新型的一种三维空间升降水平可调扫描装置的结构示意图；

图2是本实用新型的控制电路的控制原理图；

1-支撑机构，2-升降机构，3-控制箱，4-激光扫描仪，5-水平传感器，100-支撑脚，101-上支撑台，102-下支撑台，200-气缸，201-输出轴，202-左滑道，203-右滑道，204-左滑动支撑轴，205-右滑动支撑轴，206-限位板，207-中间支撑板，208-左滑块，209-右滑块，210-下限位开关，211-上限位开关，213-测距传感器，300-步进电机，301-控制电路，301a-电源单元，301b-微控制器，301c-网络通信单元，301d-电机驱动单元。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1所示，根据本实用新型的一种三维空间升降水平可调扫描装置，包括支撑机构1、升降机构2、控制箱3、激光扫描仪4、水平传感器5和限位开关组件，所述支撑机构1采用三脚架支撑结构，所述三脚架支撑结构包括三条支撑脚100以及安装在三条支撑脚100顶端的上支撑台101和安装在接近于三条支撑脚100底端的下支撑台102，在三条所述支撑脚100底端还分别设置有防滑套105，从而确保了扫描装置更牢可靠地固定在地面上测量而不 会发移动，而且三条所述支撑脚100为可伸缩的支撑脚，从而调整支撑结构的高度和水平度；所述升降机构2底端安装在下支撑台102上表面，所述升降机构2的顶端穿过所述上支撑台101与所述控制箱3固定连接，所述水平传感器5紧贴在所述激光扫描仪4的外壳上，在所述控制箱3内设置有步进电机300以及控制所述步进电机300转动、采集所述激光扫描仪4数据的控制电路301，所述步进电机300的输出轴与所述激光扫描仪4的外壳进行传动连接，所述激光扫描仪4、水平传感器5分别与所述控制电路301电气连接，所述限位开关组件固定在所述升降机构2上且控制升降机构2上下运动，所述限位开关组件的控制端与所述控制电路301电气连接，当水平传感器5检测到三脚架支撑结构或升降机构是否处于水平工作状态，可通过调节三条可伸缩的支撑脚的相对高度以实现水平度调整。

在本实用新型中，如图1和图2所示，所述升降机构2包括气缸200、左滑道202、右滑道203、左滑动支撑轴204、右滑动支撑轴205，所述左滑道202和右滑道203垂直固装在上支撑台101的下表面和下支撑台102的上表面之间，在所述左滑道202的下端和右滑道203的下端之间且接近于下支撑台102的上方固定安装有限位板206，所述限位板206与所述下支撑台102之间固定安装所述气缸200；所述左滑动支撑轴204的下端和右滑动支撑轴205的下端分别穿过上支撑台101后垂直固装在中间支撑板207的两端，在所述左滑动支撑轴204的下端外侧固定设置与左滑道202匹配的左滑块208，在所述右滑动支撑轴205的下端外侧固定设置有与所述右滑道203匹配滑动连接的右滑块209，所述左滑动支撑轴204的上端和右滑动支撑轴205的上端与所述控制箱3的两侧连接；所述气缸200的输出轴201贯穿通过所述限位板206、中间支撑板207、上支撑台101与所述控制箱3底部连接；所述限位开关组件包括下限位开关210、上限位开关211和测距传感器213，所述下限位开关210固定设置在限位板206的上表面，所述上限位开关211固定设置在上支撑台101的下表面，所述下限位开关210、上限位开关211和测距传感器213分别与所述控制电路301电气连接。

如图1所示，通过气缸200驱动气缸200的输出轴201伸缩动作，使控制箱3以及控制箱3上方的激光扫描仪4随着输出轴201伸缩动作实现竖直方向上下运动，此时将带动左滑动支撑轴204、左滑块208、右滑动支撑轴205和右滑块209同时沿着左滑道202和右滑道203之间上下滑动，从而将控制箱3以及控制箱3上方的激光扫描仪4随着左滑动支撑轴204、右滑动支撑轴 205上下运动实现竖直方向上的扫描运动，激光扫描仪4上下运动的距离则为中间支撑板207上下滑动的距离，即为中间支撑板207在上支撑台101和限位板206之间滑动的行程，所述升降机构2竖直方向上下运动范围(即中间支撑板207滑动的行程)为0～200cm，因此可改变支撑脚的高度或者限位板207与下支撑台板102的相对高度，从而可以适合不同空间高度的扫描。

所述控制电路301包括电源单元301a、微控制器301b、网络通信单元301c和电机驱动单元301d，所述激光扫描仪4数据输出端、水平传感器5的数据输出端分别与所述微控制器301b的信号接收端连接，所述微控制器301b的通信输出端通过数据线与所述网络通信单元301c连接，所述激光扫描仪4采集的数据信息送入微控制器301b进行存储和分析处理后，微控制器301b将处理后的数据通过网络通信单元301c发送至远端的上位机300e进行分析处理，网络通信单元301c采用WiFi路由器，传输的距离在10m在的范围，数据传输速率快而且简单方便，所述微控制器301b为单片机或FPGA控制器，本实用新型采用的单片机芯片为STM32F107，通过该单片机控制器对扫描的数据信息进行处理和存储，其数据处理较快，存储方便，数据推送也较简单，所述微控制器301b的信号控制端通过电机驱动单元301d与所述步进电机300信号控制端连接，所述电源单元301a的电源输出端分别与所述微控制器301b的电源端、网络通信单元301c的电源端、电机驱动单元301d的电源端、激光扫描仪4的电源端、水平传感器5的电源端、步进电机300的电源端进行电气连接。

所述下限位开关210触发控制通过触发控制气缸200的输出轴201伸缩动作时，使左滑动支撑轴204、右滑动支撑轴205在左滑道203和右滑道204内的最低下降位置，所述上限位开关211通过触发控制气缸200的输出轴201伸缩动作时，使左滑动支撑轴204、右滑动支撑轴205在左滑道203和右滑道204内最高的上升位置；所述测距传感器213用于检测整个升降机构2上升或下降运动时的相对位置高度，即用于检测中间支撑板207相对于限位板207之间高度(位置)，测距传感器213检测的高度信息送入微控制器301b进行存储，然后微控制器301b输出控制信号使下限位开关210或上限位开关211实现闭合或断开来控制气缸200的输出轴201伸缩动作的长度，从而实现左滑动支撑轴204和右滑动支撑轴205间歇地平稳上升或下降滑动，在本实用新型中，所述测距传感器213采用超声波测距传感器，或采用激光测距传感器，或采用红外线测距传感器，测距传感器的响应速度快、灵敏度高，容易控制， 测量精确的优点。

在本实用新型中，当电源单元301a通电后启动控制电路301内的其他电路工作，微控制器301b通过输出脉冲调制信号控制电机驱动单元301d，电机驱动单元301d输出的正、反控制信号输入至步进电机300的输出正、反控制端，实现进电机300的输出轴正、反旋转方向和旋转加速转动，步进电机300转动时带动激光扫描仪4水平扫描角度和水平方向全方位扫描，所述激光扫描仪4的水平转动的角度为0～360°，从而实现0～360°全方位水平扫描；对进行三维空间扫描并获取三维空间模型数据，所述激光扫描仪4采用LMS111激光扫描仪，其扫描精度高，能够进行连续无间断地测量，且分辨率高，安装简单、可靠，维护成本低；所述通过该激光扫描仪4可大量地采集三维空间模型数据信息，能快速地将数据信息通过传输至微控制器301b进行处理，并通过网络通信单元301c进行无线传输至远端上位机300e进行分析处理生成直观准确的三维空间模型并进行显示，免除大量的人工测量工作，降低了人工成本，能快速地完成三维空间扫描和建模，提高了工作效率，在本实用新型中，所述电机驱动单元301d采用THB7128为核心的驱动芯片，该驱动芯片具有电流调节和电流驱动功能，在高速运行中具有低振动和低噪声低的效果。与此同时，通过水平传感器5自动感应支撑机构1和/或升降机构2是否处于水平工作状态，并可通过微控制器301b记录并处理支撑机构1和/或升降机构2是否处于水平状态的测量数据，然后通过网络通信单元301c上传到上位机300e，实现水平度自动检测、远程监控和数据记录显示，并通过调节三条可伸缩的支撑脚100的相对高度以实现水平高度调整，从而始终保证激光扫描仪4在上升或下降过程中进行水平扫描，实现了水平度自动调整、远程测绘和数据记录。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种三维空间升降水平可调扫描装置，其特征在于：包括支撑机构(1)、升降机构(2)、控制箱(3)、激光扫描仪(4)、水平传感器(5)和限位开关组件，所述支撑机构(1)采用三脚架支撑结构，所述三脚架支撑结构包括三条支撑脚(100)以及安装在三条支撑脚(100)顶端的上支撑台(101)和安装在接近于三条支撑脚(100)底端的下支撑台(102)，所述升降机构(2)底端安装在下支撑台(102)上表面，所述升降机构(2)的顶端穿过所述上支撑台(101)与所述控制箱(3)固定连接，所述水平传感器(5)紧贴在所述激光扫描仪(4)的外壳上，在所述控制箱(3)内设置有步进电机(300)以及控制所述步进电机(300)转动、采集所述激光扫描仪(4)数据的控制电路(301)，所述步进电机(300)的输出轴与所述激光扫描仪(4)的外壳进行传动连接，所述激光扫描仪(4)、水平传感器(5)分别与所述控制电路(301)电气连接，所述限位开关组件固定在所述升降机构(2)上且控制升降机构(2)上下运动，所述限位开关组件的控制端与所述控制电路(301)电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种三维空间升降水平可调扫描装置，其特征在于：所述升降机构(2)包括气缸(200)、左滑道(202)、右滑道(203)、左滑动支撑轴(204)、右滑动支撑轴(205)，所述左滑道(202)和右滑道(203)垂直固装在上支撑台(101)的下表面和下支撑台(102)的上表面之间，在所述左滑道(202)的下端和右滑道(203)的下端之间且接近于下支撑台(102)的上方固定安装有限位板(206)，所述限位板(206)与所述下支撑台(102)之间固定安装所述气缸(200)；

所述左滑动支撑轴(204)的下端和右滑动支撑轴(205)的下端分别穿过上支撑台(101)后垂直固装在中间支撑板(207)的两端，在所述左滑动支撑轴(204)的下端外侧固定设置与左滑道(202)匹配的左滑块(208)，在所述右滑动支撑轴(205)的下端外侧固定设置有与所述右滑道(203)匹配滑动连接的右滑块(209)，所述左滑动支撑轴(204)的上端和右滑动支撑轴(205)的上端与所述控制箱(3)的两侧连接；所述气缸(200)的输出轴(201)贯穿通过所述限位板(206)、中间支撑板(207)、上支撑台(101)与所述控制箱(3)底部连接；

所述限位开关组件包括下限位开关(210)、上限位开关(211)和测距传感器(213)，所述下限位开关(210)固定设置在限位板(206)的上表面，所述上限位开关(211)固定设置在上支撑台(101)的下表面，所述下限位开关(210)、上限位开关(211)和测距传感器(213)分别与所述控制电路(301)电气连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种三维空间升降水平可调扫描装置，其特征在于：所述控制电路(301)包括电源单元(301a)、微控制器(301b)、网络通信单元(301c)和电机驱动单元(301d)，所述激光扫描仪(4)数据输出端、水平传感器(5)的数据输出端分别与所述微控制器(301b)的信号接收端连接，所述微控制器(301b)的通信输出端通过数据线与所述网络通信单元(301c)连接，所述微控制器(301b)的信号控制端通过电机驱动单元(301d)与所述步进电机(300)信号控制端连接，所述电源单元(301a)的电源输出端分别与所述微控制器(301b)的电源端、网络通信单元(301c)的电源端、电机驱动单元(301d)的电源端、激光扫描仪(4)的电源端、水平传感器(5)的电源端、步进电机(300)的电源端进行电气连接。

4.根据权利要求2所述的一种三维空间升降水平可调扫描装置，其特征在于：所述测距传感器(213)采用超声波测距传感器，或采用激光测距传感器，或采用红外线测距传感器。

5.根据权利要求1所述的一种三维空间升降水平可调扫描装置，其特征在于：在三条所述支撑脚(100)底端还分别设置有防滑套(105)，三条所述支撑脚(100)为可伸缩的支撑脚。

6.根据权利要求1或2所述的一种三维空间升降水平可调扫描装置，其特征在于：所述升降机构(2)竖直方向上下运动范围为0～200cm。

7.根据权利要求3所述的一种三维空间升降水平可调扫描装置，其特征在于：所述激光扫描仪(4)的转动的角度为0～360°。