三維旋轉雷射掃描測量系統的設計

摘要：為了實現三維雷射掃描儀的旋轉掃描測量問題，用於實現形狀複雜的三維柱形物體的數位化測量，在普通三維雷射掃描儀的基礎上，增加了一個可以自動旋轉的數控轉臺，從而實現了旋轉測量的目的。通過在轉臺上安裝標定球的方法來實現轉臺中心軸線的精確標定，獲得了新的轉臺中心軸線的標定方法和後期的拼合和處理方案。
關鍵詞：旋轉掃描；轉臺標定；多視拼合；雷射掃描儀

0 引言
自然對象和大部分的人造對象都具有複雜的三維形狀，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位化問題，該項研究源於20世紀六七十年代。三維形狀複雜多變、形狀繁多，而且其外觀、材質、顏色、用途等各不相同，這就使得三維形狀數位化的問題非常複雜，至今，該項技術尚未成熟，仍是數位化技術研究的難點。目前，三維形狀數位化技術種類很多，包括機械、聲學、光學、電磁等類型，其中運用得最廣泛、效果最好的是光學測量技術。光學測量是光電技術、機械測量、計算機技術相結合的產物，可以實現快速，準確的測量。該項技術具有速度快、精度高、非接觸、易於自動化的特點，主要適用於自由曲面的測量。目前，光學測量技術得到了越來越廣泛的應用，其中最典型的應用是三維雷射掃描儀。

1 三維雷射掃描儀的工作原理
三維雷射掃描儀是基於雷射掃描測量的原理而設計的，主要作用是對三維形狀進行數位化，基本工作原理是：線雷射器發出的光平面掃描物體表面，面陣CCD採集被測物面上雷射掃描線的漫反射圖像，在計算機中對雷射掃描線圖像進行處理，依據空間物點與CCD面陣像素的對應關係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。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/194944.htm

2 三維旋轉雷射掃描測量系統
目前，普通的三維雷射掃描儀存在的主要問題是難以實現複雜三維圖像的掃描數位化問題，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位化設計與製造之間的銜接。這樣的系統，企業投入少，見效快，而且能夠將雷射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，可以有效地解決數位化設計與製造之間的銜接，充分利用現有數控設備，節省硬體成本。
為了解決複雜物體的數位化問題，同時降低企業的投入成本，我的設計方案是，在普通三維雷射掃描儀的基礎上，開發出能夠實現360°旋轉的旋轉掃描測量系統，改進已有平面浮雕掃描軟體，使之適用於改進後的系統。