一种三维激光扫描仪架站高度测量系统的制作方法

1.本实用新型涉及激光扫描设备技术领域，尤其涉及一种三维激光扫描仪架站高度测量系统。


背景技术：

2.地面式三维激光扫描仪在进行作业前，需要架设在三脚架等支架上，在作业的过程中，会进行多站测量，多站的扫描数据通过后处理融合拼接在一起，形成一组点云数据。
3.在三维激光扫描仪架设时，架站地面点使用rtk等测量设备准确记录位置坐标，为后面的点云融合拼接提供准确的架站位置，并根据地面架站坐标计算出扫描仪的扫描镜激光出射位置的坐标；有了激光出射位置的坐标，在点云融合拼接过程中，就可以将每一站数据准确定位，使得相邻站点的数据更加容易进行融合拼接。
4.由于三维激光扫描仪架设的高度不固定，因此只有地面架站点的坐标是无法推算出三维激光扫描仪架站坐标的。
5.对于三维激光扫描仪的架站高度，常见的测量方法是利用直角三角形的方法测量两个边长，计算出另一个边长也就是架站高度，从而计算出激光扫描仪的坐标。通常采用米尺进行人工测量，但由于地面存在不平整的情况，很难保证所测的边组成的是直角三角形，测量误差大，测量效率低，而且由于实际需要测量的是激光扫描仪的扫描镜出射激光位置的架站坐标，有些扫描仪的扫描镜在机身内部无法直接测量，或者直接量测会导致扫描镜被污染，影响扫描仪测量性能。
6.还有一种添加辅助测高片的方法，将测高片固定在仪器底部并伸展出一段，直接测量测高片到地面的高度，并根据已知的测高片到激光扫瞄镜出射激光的高度，进而计算出激光扫描仪的真实架站坐标，然而这种情况依然无法避免地面不平整所造成的测量误差，其测量准确度无法保证。


技术实现要素：

7.针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种三维激光扫描仪架站高度测量系统，利用三维激光扫描仪自身的测量功能，不仅可以准确测量架站的高度，避免人为测量存在的误差，而且也能够实现快速便捷的测量，简化繁琐的操作步骤。
8.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
9.一种三维激光扫描仪架站高度测量系统，包括扫描仪主体，所述扫描仪主体内设有激光发射单元、激光接收单元、对中激光单元、第一反射镜和第二反射镜，所述第二反射镜可旋转，所述第一反射镜设置在所述激光发射单元出射光路的下游光路，所述第二反射镜设置在所述第一反射镜反射光路的下游光路，所述激光接收单元用于接收待测物体上反射的激光信号；
10.所述扫描仪主体内部开设有一个中空的通孔，所述通孔内设有二向色镜，所述二向色镜设置在所述第二反射镜反射光路和所述对中激光单元出射光路的下游光路，所述对
中激光单元发射的可见色激光经所述二向色镜发生反射，所述第二反射镜反射的脉冲测距激光经所述二向色镜发生透射。进一步的，所述第一反射镜的反射面呈45度，所述第二反射镜的反射面呈45度。
11.进一步的，包括竖直电机，所述竖直电机的输出端通过转轴与所述第二反射镜连接。
12.进一步的，包括控制单元和用于为所述扫描仪主体供电的电源，所述控制单元包括电机控制器、用于判断所述竖直电机旋转角度的处理器和用于控制所述竖直电机旋转角度的驱动器。
13.进一步的，所述扫描仪主体包括左腔体、右腔体和位于所述左腔体和所述右腔体之间的反射腔体，所述激光发射单元、所述激光接收单元、所述对中激光单元和所述第一反射镜设在所述左腔体内，所述通孔和所述第二反射镜设在所述反射腔体内。
14.进一步的，所述二向色镜在所述通孔内倾斜设置。
15.进一步的，所述扫描仪主体底端设有支架，所述支架上设有与所述通孔相贯通的开孔。
16.进一步的，所述脉冲测距激光在所述二向色镜上发生透射，所述可见色激光在所述二向色镜上发生反射。
17.进一步的，包括用于调整所述扫描仪主体水平度的校准装置。
18.进一步的，所述激光发射单元包括激光器、准直器和光纤，所述激光器通过光纤输出所述脉冲测距激光，所述脉冲测距激光经过所述准直器准直后射向所述第一反射镜。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
20.本实用新型在扫描仪主体内设置有激光发射单元、激光接收单元、对中激光单元、第一反射镜以及可旋转的第二反射镜，扫描仪主体内部开设有一个中空的通孔，通孔内设有二向色镜，根据二向色镜的特点，对于激光发射单元发射的激光进行透射，对于对中激光单元发射的激光进行反射；
21.在测量扫描仪架站高度时，对中激光单元发射的可见色激光竖直向下射出通孔并定位已知点，调整激光发射单元发射的脉冲测距激光与可见色激光重合，激光发射单元多次运行测量功能，求平均值，最终得到精确的架站高度，本实用新型在保证三维激光扫描仪测高功能的同时，实现了利用其自身测高功能精准测量架站高度，免去人工测量步骤，测量效率高，不会出现反光镜或扫描镜被污染的现象，对扫描仪的测量性能不产生任何影响，减小地面不平整所造成的测量误差，保证架站高度测量的准确性。
附图说明
22.图1是实施例1的结构示意图；
23.图2是实施例2的结构示意图；
24.图中:
25.1、扫描仪主体；101、左腔体；102、右腔体；103、反射腔体；2、激光发射单元；201、激光器；202、准直器；203、光纤；204、脉冲测距激光；3、激光接收单元；4、第一反射镜；5、第二反射镜；6、竖直电机；7、转轴；8、电源；9、电机控制器；10、处理器；11、已知点；12、支架；13、对中激光单元；1301、可见色激光；14、通孔；15、二向色镜；16、编码器；17、光电转换电路。
具体实施方式
26.为了使实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图与实施例，对实用新型做进一步的说明。本实用新型可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。
27.除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本实用新型。
28.实施例1
29.如图1所示，本实施例提供一种三维激光扫描仪，包括扫描仪主体1，扫描仪主体1内设有激光发射单元2、激光接收单元3、第一反射镜4和第二反射镜5，第一反射镜4设置在激光发射单元2出射光路的下游光路，第二反射镜5设置在第一反射镜4反射光路的下游光路，激光接收单元3用于接收待测物体上反射的激光信号，第二反射镜5通过竖直电机6进行旋转驱动，第二反射镜5和竖直电机6通过转轴7连接，作为优选，第一反射镜4的反射面呈45度，第二反射镜5的反射面呈45度。
30.本实施例还包括控制单元和用于为扫描仪主体1供电的电源8，控制单元包括电机控制器9、用于判断竖直电机6旋转角度的处理器10和用于控制竖直电机6旋转角度的驱动器。
31.具体的，扫描仪主体1包括左腔体101、右腔体102和位于左腔体101和右腔体102之间的反射腔体103，处理器10、激光发射单元2、激光接收单元3和第一反射镜4设在左腔体101内，激光接收单元3设在激光发射单元2的上方，第二反射镜5设在反射腔体103内，电源8、控制单元、驱动器和竖直电机6设在右腔体102内。
32.扫描仪主体1底端设有支架12，支架12优选为稳定性强的三角架，激光发射单元2发射的脉冲测距激光204可以是任意一种用于测距的脉冲激光，脉冲测距激光204的波长包括但不限于1550nm、1545nm、1064nm、940nm、905nm、850nm和785nm。
33.本实施例还包括用于调整扫描仪主体1水平度的校准装置，校准装置可以是水准气泡或水准珠，也可以是其他的带有校准功能的装置，激光发射单元2包括激光器201、准直器202和光纤203，激光器201通过光纤203输出脉冲测距激光204，脉冲测距激光204经过准直器202准直后射向第一反射镜4。
34.测高功能的工作原理：
35.激光器201通过光纤203输出脉冲测距激光204，脉冲测距激光204经过准直器202准直后射向第一反射镜4，然后反射到第二反射镜5上，最终出射到待测物体上，启动脉冲测距激光204开始距离测量，多次测量求平均值，第二反射镜5通过转轴7与竖直电机6的转子相连，激光的出射方向通过竖直电机6的旋转来控制，激光在第一反射镜4上的入射角和反射角均为45度。
36.实施例2
37.如图2所示，本实施例提供一种三维激光扫描仪架站高度测量系统，包括扫描仪主体1，扫描仪主体1内设有激光发射单元2、激光接收单元3、对中激光单元13、第一反射镜4和可旋转的第二反射镜5，第一反射镜4设置在激光发射单元2出射光路的下游光路，第二反射镜5设置在第一反射镜4反射光路的下游光路，激光接收单元3用于接收待测物体上反射的
激光信号，扫描仪主体1内部开设有一个中空的通孔14，通孔14内设有二向色镜15，二向色镜15在通孔14内倾斜设置，二向色镜15设置在第二反射镜5反射光路和对中激光单元13出射光路的下游光路，二向色镜15又称双色镜，其特点是对一定波长的光完全透过，而对另外波长的光完全反射，本实施例通过上述二向色镜15的特点，区分对脉冲测距激光204和可见色激光1301实行透射或反射。
38.对中激光单元13发射的可见色激光1301射到二向色镜15，经二向色镜15反射，穿过通孔14并向扫描仪主体1的下方竖直射出；当第二反射镜5旋转至特定角度时，激光发射单元2发射的脉冲测距激光204射到第一反射镜4，经第一反射镜4反射到第二反射镜5，再经第二反射镜5向下方反射，之后穿过通孔14和二向色镜15，并竖直射出扫描仪主体1。
39.本实施例包括竖直电机6，第二反射镜5通过竖直电机6进行旋转驱动，第二反射镜5和竖直电机6通过转轴7连接，作为优选，第一反射镜4的反射面呈45度，第二反射镜5的反射面呈45度。
40.本实施例还包括控制单元和用于为扫描仪主体1供电的电源8，控制单元包括电机控制器9、用于判断竖直电机6旋转角度的处理器10、用于控制竖直电机6旋转角度的驱动器以及光电转换电路17，本实施例还包括编码器16，处理器10通过编码器16判断电机旋转的角度，处理器10通过驱动器控制电机旋转到设定的角度，编码器16采用8000线增量式编码器16，角度分辨率为162角秒，满足电机控制要求。本实施例中，处理器10分别与激光发射单元2、对中激光单元13、电源8、电机控制器9和光电转换电路17等连接，光电转换电路17位于处理器10和激光接收单元3之间。
41.具体的，扫描仪主体1包括左腔体101、右腔体102和位于左腔体101和右腔体102之间的反射腔体103，处理器10、激光发射单元2、激光接收单元3和第一反射镜4设在左腔体101内，电源8、控制单元、驱动器和竖直电机6设在右腔体102内，第二反射镜5设在反射腔体103内。
42.具体的，第一反射镜4设置在激光发射单元2的上方，激光接收单元3设置在第一反射镜4的一侧，第二反射镜5设置在第一反射镜4的另一侧，通孔14的上方设置可旋转的第二反射镜5，对中激光单元13设在二向色镜15的一侧，激光接收单元3设在激光发射单元2的上方，对中激光单元13设在激光发射单元2的下方。需要说明的是，以上设置只是本实施例的一种优选方式，在保证本实施例正常运行的情况下，扫描仪主体1内的各个单元和部件可以根据实际需求进行位置调整。
43.扫描仪主体1底端设有支架12，支架12上设有与通孔14相贯通的开孔，支架12优选为稳定性强的三角架，激光发射单元2发射的脉冲测距激光204可以是任意一种用于测距的脉冲激光，脉冲测距激光204的波长包括但不限于1550nm、1545nm、1064nm、940nm、905nm、850nm和785nm。对中激光单元13发射的可见色激光1301可以是任意一种人眼可见的连续激光，例如可见红光、可见绿光、可见蓝光。脉冲测距激光204在二向色镜15上发生透射，可见色激光1301在二向色镜15上发生反射。
44.本实施例还包括用于调整扫描仪主体1水平度的校准装置，校准装置可以是水准气泡或水准珠，也可以是其他的带有校准功能的装置，激光发射单元2包括激光器201、准直器202和光纤203，激光器201通过光纤203输出脉冲测距激光204，脉冲测距激光204经过准直器202准直后射向第一反射镜4。
45.测量架站坐标时，具体操作步骤如下：
46.s1：打开对中激光单元13，将对中激光单元13对准二向色镜15，经二向色镜15反射后，照准到地面已经测量坐标的已知点11上，通过仪器自身的校准装置，例如水准气泡，调整仪器水平；
47.s2：启动仪器的测高功能，处理器10控制竖直电机6带动第二反射镜5进行旋转，将脉冲测距激光204的反射方向调整到对准扫描仪主体1上的通孔14位置，并进行锁定；
48.此时，脉冲测距激光204透射出二向色镜15，脉冲测距激光204在第一反射镜4上的入射角和反射角均为45度，脉冲测距激光204在第二反射镜5上的入射角和反射角均为45度，脉冲测距激光204竖直向下射出；
49.s3：启动脉冲测距激光204开始距离测量，多次测量求平均值，测量出激光出射点到地面架站点的精确高度；
50.s4：根据地面已知架站点的坐标计算出扫描仪的架站坐标，或者，将地面已知架站点的坐标输入三维激光扫描仪，仪器自动计算出自身的架站坐标。
51.本实用新型在保证地面式三维激光扫描仪测高功能的同时，增加了利用其自身测高功能测量架站高度的功能，免去人工测量步骤，测量效率高，不会出现反光镜或扫描镜被污染的现象，对扫描仪的测量性能不产生任何影响，减小地面不平整所造成的测量误差，保证架站高度测量的准确性。
52.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应落在本实用新型的保护范围之内。