一种工程测量用三维激光扫描仪及其使用方法与流程

本发明涉及一种三维激光扫描仪，尤其涉及一种工程测量用三维激光扫描仪及其使用方法。

背景技术：

1、工程测量是工程建设中不可或缺的环节，贯穿于规划、设计、施工及运营管理的全过程，其数据的准确性直接关系到工程质量与安全。随着测绘技术的快速发展，三维激光扫描仪作为一种非接触式、高精度的主动测量设备，在工程测量领域得到了广泛应用。该技术通过发射激光束并接收反射信号，能够快速获取目标物体表面的高密度三维点云数据，从而实现对复杂地形、建筑物结构及大型设施的数字化重建与精确分析，极大地提高了外业数据采集的效率与内业处理的自动化水平，已成为现代工程测量作业中的核心装备之一。

2、然而，现有的三维激光扫描仪在实际应用中仍存在一定的局限性。通常情况下，现有扫描仪一般只配置单侧扫描头，工作时需依靠驱动机构带动扫描头进行上下俯仰扫射，同时依赖底部的水平转台带动整个扫描模组绕竖直轴线进行360度旋转，以此拼接获取完整的空间数据。这种单侧扫描模式导致底部水平转台必须完整旋转一周才能完成一次全覆盖采集，不仅扫描周期长、作业效率低下，难以满足大规模或时效性要求高的工程测量需求。

技术实现思路

1、为了克服现有三维激光扫描仪一般只配置单侧扫描头，需依赖底部水平转台旋转一周才能完成全覆盖采集，导致扫描周期长、作业效率低下的缺点，本发明提供一种工程测量用三维激光扫描仪及其使用方法。

2、本发明的技术实施方案是：一种工程测量用三维激光扫描仪，包括有底座、三脚架、伺服缸、倾角传感器、支撑盘、安装座、驱动器、壳体、安装壳、缺口圆环、安装盘、扫描头和驱动机构，底座的底部设有三脚架，底座的顶部铰接有至少三根伺服缸，伺服缸的伸缩杆共同铰接有支撑盘，支撑盘的上方设置有安装座，安装座与支撑盘之间安装有驱动器，安装座顶部固接有壳体，壳体上安装有倾角传感器，壳体内侧设置有安装壳，安装壳内转动式设置有缺口圆环和安装盘，缺口圆环环绕于安装盘的外侧，且缺口圆环与安装盘呈十字交叉设置，缺口圆环和安装盘上均安装有扫描头，安装于安装盘上的扫描头对准缺口圆环的缺口处，安装壳内设置有驱动机构，驱动机构用于同步驱动缺口圆环和安装盘转动，底座内下部设有控制器，倾角传感器和伺服缸均与控制器电性连接。

3、可选地，驱动器包括第一电机、第一小齿轮和第一齿盘，支撑盘上安装有第一电机，第一电机的输出轴连接有第一小齿轮，支撑盘的中部转动设置有第一齿盘，安装座固定安装在第一齿盘的顶部，第一小齿轮与第一齿盘啮合。

4、可选地，安装壳包括转盘、第一盘形壳和第二盘形壳，壳体的内下部转动连接有转盘，转盘的顶部连接有呈十字交叉设置的第一盘形壳和第二盘形壳，第一盘形壳与第二盘形壳的内部相互连通，缺口圆环与第一盘形壳转动连接，安装盘与第二盘形壳转动连接，驱动机构设置在第一盘形壳和第二盘形壳内，第一盘形壳和第二盘形壳的外弧面均采用透明材质制成。

5、可选地，驱动机构包括第二电机、内齿圈、第二小齿轮、传动组件、驱动齿轮、内弧形齿条和辅助齿轮，第二电机连接在第二盘形壳上，第二电机的输出轴上连接有第二小齿轮，安装盘一侧连接有内齿圈，第二小齿轮与内齿圈啮合，第一盘形壳上对称转动式设置有驱动齿轮，缺口圆环的内侧面连接有内弧形齿条，驱动齿轮与内弧形齿条啮合，第一盘形壳上对称转动式设置有辅助齿轮，辅助齿轮与内弧形齿条啮合，安装盘与驱动齿轮之间通过传动组件传动连接。

6、可选地，传动组件包括固定轴、转轴、锥齿轮、大带轮、小带轮和传动带，安装盘的圆心处连接有固定轴，第一盘形壳两侧均转动式连接有转轴，两侧转轴与固定轴通过锥齿轮传动，转轴上还连接有大带轮，驱动齿轮上连接有小带轮，小带轮与大带轮之间通过传动带传动连接。

7、可选地，还包括清洁机构，清洁机构包括固定环、固定刷、活动刷、外弧形齿条、伺服电机和第三小齿轮，壳体下部连接有固定环，固定环的顶部连接有四根固定刷，每根固定刷上均滑动式连接有活动刷，且固定刷与活动刷均为弧形，活动刷的外侧连接有外弧形齿条，壳体的上部安装有伺服电机，伺服电机的输出轴上连接有第三小齿轮，第三小齿轮与外弧形齿条啮合。

8、可选地，还包括调节机构，调节机构包括第三电机、第四小齿轮和外齿圈，安装座内安装有第三电机，第三电机的输出轴上连接有第四小齿轮，转盘的外侧连接有外齿圈，第四小齿轮与外齿圈啮合。

9、可选地，还包括橡胶波纹管，底座的顶部与支撑盘的底部之间连接有橡胶波纹管。

10、可选地，还包括托盘和配重块，底座的底部连接有托盘，托盘上放置有配重块。

11、一种工程测量用三维激光扫描仪的使用方法，包括以下步骤：

12、s1、将三脚架支撑于测量点，倾角传感器实时采集壳体的倾斜角度数据并反馈至控制器，控制器驱动多根伺服缸协同伸缩，实时调节支撑盘的水平姿态；

13、s2、启动驱动器，通过第一电机带动第一小齿轮与第一齿盘啮合传动，驱动安装座及壳体旋转，实现扫描头在水平方位上的连续调节；

14、s3、启动驱动机构的第二电机，通过第二小齿轮与内齿圈啮合驱动安装盘旋转，同时安装盘通过传动组件带动驱动齿轮旋转，驱动齿轮通过与内弧形齿条啮合驱动缺口圆环同步转动；使安装盘和缺口圆环上的两个扫描头分别在相互垂直的两个平面内同步往复扫描，获取目标的三维点云数据；

15、s4、玻璃表面有污染时，启动调节机构的第三电机，通过第四小齿轮与外齿圈啮合驱动转盘旋转，将安装壳切换至清洁工位；启动伺服电机带动第三小齿轮与外弧形齿条啮合，驱动活动刷沿固定刷往复滑动，对第一盘形壳和第二盘形壳的外表面进行刷扫清洁。

16、本发明具有如下优点：1、本发明设置了缺口圆环和安装盘呈十字交叉布置的双扫描头结构，并通过驱动机构实现两者同步转动，两个扫描头分别在相互垂直的两个平面内进行同步扫描，相比传统单侧扫描头配合底部转台旋转一周的方式，大幅缩短了数据采集时间，有效解决了现有设备扫描效率低下的问题，特别适用于大范围、高效率的工程测量场景。

17、2、本发明通过底座上六根伺服缸的协同伸缩动作，结合倾角传感器与控制器的实时反馈闭环控制，实现了支撑盘及上方扫描组件的动态自动调平，能快速适应野外非水平的地面环境，且能在工作过程中实时补偿姿态偏差，确保扫描基准面的水平度，保证了三维点云数据的拼接精度与可靠性。

18、3、本发明设置的清洁机构可对第一盘形壳和第二盘形壳的透明玻璃外表面进行全面刷扫清洁，配合调节机构实现的清洁工位与扫描工位切换，有效防止了灰尘、水渍等杂物附着对激光透射造成的干扰，使得设备在恶劣环境下作业的测量精度。

1.一种工程测量用三维激光扫描仪，包括有底座（1）和三脚架（2），底座（1）的底部设有三脚架（2），其特征是：还包括伺服缸（3）、倾角传感器（31）、支撑盘（4）、安装座（5）、驱动器（6）、壳体（7）、安装壳（8）、缺口圆环（9）、安装盘（10）、扫描头（11）和驱动机构（12），底座（1）的顶部铰接有至少三根伺服缸（3），伺服缸（3）的伸缩杆共同铰接有支撑盘（4），支撑盘（4）的上方设置有安装座（5），安装座（5）与支撑盘（4）之间安装有驱动器（6），安装座（5）顶部固接有壳体（7），壳体（7）上安装有倾角传感器（31），壳体（7）内侧设置有安装壳（8），安装壳（8）内转动式设置有缺口圆环（9）和安装盘（10），缺口圆环（9）环绕于安装盘（10）的外侧，且缺口圆环（9）与安装盘（10）呈十字交叉设置，缺口圆环（9）和安装盘（10）上均安装有扫描头（11），安装于安装盘（10）上的扫描头（11）对准缺口圆环（9）的缺口处，安装壳（8）内设置有驱动机构（12），驱动机构（12）用于同步驱动缺口圆环（9）和安装盘（10）转动，底座（1）内下部设有控制器（32），倾角传感器（31）和伺服缸（3）均与控制器（32）电性连接。

2.按照权利要求1所述的工程测量用三维激光扫描仪，其特征是：驱动器（6）包括第一电机（61）、第一小齿轮（62）和第一齿盘（63），支撑盘（4）上安装有第一电机（61），第一电机（61）的输出轴连接有第一小齿轮（62），支撑盘（4）的中部转动设置有第一齿盘（63），安装座（5）固定安装在第一齿盘（63）的顶部，第一小齿轮（62）与第一齿盘（63）啮合。

3.按照权利要求2所述的工程测量用三维激光扫描仪，其特征是：安装壳（8）包括转盘（81）、第一盘形壳（82）和第二盘形壳（83），壳体（7）的内下部转动连接有转盘（81），转盘（81）的顶部连接有呈十字交叉设置的第一盘形壳（82）和第二盘形壳（83），第一盘形壳（82）与第二盘形壳（83）的内部相互连通，缺口圆环（9）与第一盘形壳（82）转动连接，安装盘（10）与第二盘形壳（83）转动连接，驱动机构（12）设置在第一盘形壳（82）和第二盘形壳（83）内，第一盘形壳（82）和第二盘形壳（83）的外弧面均采用透明材质制成。

4.按照权利要求3所述的工程测量用三维激光扫描仪，其特征是：驱动机构（12）包括第二电机（121）、内齿圈（122）、第二小齿轮（123）、传动组件（124）、驱动齿轮（125）、内弧形齿条（126）和辅助齿轮（127），第二电机（121）连接在第二盘形壳（83）上，第二电机（121）的输出轴上连接有第二小齿轮（123），安装盘（10）一侧连接有内齿圈（122），第二小齿轮（123）与内齿圈（122）啮合，第一盘形壳（82）上对称转动式设置有驱动齿轮（125），缺口圆环（9）的内侧面连接有内弧形齿条（126），驱动齿轮（125）与内弧形齿条（126）啮合，第一盘形壳（82）上对称转动式设置有辅助齿轮（127），辅助齿轮（127）与内弧形齿条（126）啮合，安装盘（10）与驱动齿轮（125）之间通过传动组件（124）传动连接。

5.按照权利要求4所述的工程测量用三维激光扫描仪，其特征是：传动组件（124）包括固定轴（1241）、转轴（1242）、锥齿轮（1243）、大带轮（1244）、小带轮（1245）和传动带（1246），安装盘（10）的圆心处连接有固定轴（1241），第一盘形壳（82）两侧均转动式连接有转轴（1242），两侧转轴（1242）与固定轴（1241）通过锥齿轮（1243）传动，转轴（1242）上还连接有大带轮（1244），驱动齿轮（125）上连接有小带轮（1245），小带轮（1245）与大带轮（1244）之间通过传动带（1246）传动连接。

6.按照权利要求5所述的工程测量用三维激光扫描仪，其特征是：还包括清洁机构（13），清洁机构（13）包括固定环（131）、固定刷（132）、活动刷（133）、外弧形齿条（134）、伺服电机（135）和第三小齿轮（136），壳体（7）下部连接有固定环（131），固定环（131）的顶部连接有四根固定刷（132），每根固定刷（132）上均滑动式连接有活动刷（133），且固定刷（132）与活动刷（133）均为弧形，活动刷（133）的外侧连接有外弧形齿条（134），壳体（7）的上部安装有伺服电机（135），伺服电机（135）的输出轴上连接有第三小齿轮（136），第三小齿轮（136）与外弧形齿条（134）啮合。

7.按照权利要求6所述的工程测量用三维激光扫描仪，其特征是：还包括调节机构（14），调节机构（14）包括第三电机（141）、第四小齿轮（142）和外齿圈（143），安装座（5）内安装有第三电机（141），第三电机（141）的输出轴上连接有第四小齿轮（142），转盘（81）的外侧连接有外齿圈（143），第四小齿轮（142）与外齿圈（143）啮合。

8.按照权利要求1所述的工程测量用三维激光扫描仪，其特征是：还包括橡胶波纹管（15），底座（1）的顶部与支撑盘（4）的底部之间连接有橡胶波纹管（15）。

9.按照权利要求1所述的工程测量用三维激光扫描仪，其特征是：还包括托盘（16）和配重块（17），底座（1）的底部连接有托盘（16），托盘（16）上放置有配重块（17）。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的工程测量用三维激光扫描仪的使用方法，其特征是，包括以下步骤：