2024年5月21日发(作者：戎平良)
6基于粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥的低成本三维扫描仪
基于粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥的低成本三维扫描仪
蕴燥憎原糟燥泽贼猿阅杂糟葬灶灶藻则月葬泽藻凿燥灶粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥
李伟强孙涛
渊上海大学机电工程与自动化学院袁上海圆园园源源源冤
摘要院传统的建模方式需要建模者弄清物体的三维空间结构袁然后利用三维制作软件构建出物体的三维数据模型袁此方
法既费时又费力遥使用三维扫描仪可以快速扫描物体表面每个采样点的三维坐标袁从而逆向生成物体的三维模型袁三维扫描
仪是逆向工程尧虚拟现实等技术的应用典例遥传统的三维扫描仪价格昂贵袁其推广和应用都有很大的限制袁因此利用线结构
光与旋转转台设计了一款低成本三维扫描仪袁介绍了其扫描原理尧硬件构成与软件对接袁并完成了相机参数的标定袁最后将
客观物体与三维模型进行对比分析袁结果显示所得到的三维模型较为理想遥
关键词院三维扫描仪袁逆向工程袁低成本袁线结构光
粤遭泽贼则葬糟贼押栽澡蚤泽责葬责藻则凿藻泽蚤早灶泽葬造燥憎原糟燥泽贼猿阅泽糟葬灶灶藻则憎蚤贼澡造蚤灶藻葬则泽贼则怎糟贼怎则藻凿造蚤早澡贼葬灶凿责则藻糟蚤泽蚤燥灶贼怎则灶贼葬遭造藻熏葬灶凿蚤灶贼则燥凿怎糟藻泽蚤贼泽
泽糟葬灶灶蚤灶早责则蚤灶糟蚤责造藻熏澡葬则凿憎葬则藻糟燥皂责燥泽蚤贼蚤燥灶葬灶凿泽燥枣贼憎葬则藻凿燥糟噪蚤灶早熏葬灶凿糟燥皂责造藻贼藻泽贼澡藻糟葬造蚤遭则葬贼蚤燥灶燥枣糟葬皂藻则葬责葬则葬皂藻贼藻则泽援云蚤灶葬造造赠熏
糟燥皂责葬则蚤灶早贼澡藻燥遭躁藻糟贼蚤增藻燥遭躁藻糟贼憎蚤贼澡猿阅皂燥凿藻造熏葬灶凿贼澡藻则藻泽怎造贼泽泽澡燥憎贼澡葬贼贼澡藻燥遭贼葬蚤灶藻凿猿阅皂燥凿藻造蚤泽蚤凿藻葬造援
运藻赠憎燥则凿泽押猿阅泽糟葬灶灶藻则熏则藻增藻则泽藻藻灶早蚤灶藻藻则蚤灶早熏造燥憎原糟燥泽贼熏造蚤灶藻葬则泽贼则怎糟贼怎则藻凿造蚤早澡贼
三维扫描仪能够扫描并生成物体的三维模型袁具有快速尧精
准尧无接触等优点袁目前三维扫描技术已被广泛应用于数字城
市尧虚拟现实尧逆向工程尧考古与文物保护等领域
咱员原圆暂
遥高性能的
三维扫描仪价格通常上万袁在很多精度要求不高的应用中显得
性能过剩袁为此袁本文设计了一款线结构光三维扫描仪袁其利用
激光发射器发射的线性激光打在物体表面上呈现出物体的轮
廓袁然后摄像头拍到激光线袁计算激光线上各点相对摄像头的距
离袁通过旋转平台得到物体的猿远园毅曲线坐标袁生成最终的三维
实体袁该款三维扫描仪算法简单袁成本只需几百元袁便可以快速
获取到物体的三维信息遥
员三维激光扫描仪原理
本文的三维激光扫描仪以两个激光发射器和一个摄像头作
为数据采集设备袁并使用步进电机来驱动转台匀速转动袁获取到
物体的三维信息遥当三维激光扫描仪采集物体轮廓的三维信息
时袁需要调整两侧的激光发射器袁使打在物体表面的两条线型激
光聚合成一条线结构光袁其目的是物体每旋转一周可进行两次
线结构光扫描袁所得到物体三维信息的计算结果会更加精准遥
假设在采集物体三维信息时只有一个激光发射器和一个摄
像头袁在此情况下袁摄像头尧激光发射器和线结构光的相对位置
如图员所示遥
线结构光上的任一点孕圆渊非孕员点冤尧成像点孕圆忆尧摄像头以
及激光发射器组成的平面与基准面的夹角为兹遥此时袁点孕圆到
遭葬泽藻造蚤灶藻渊摄像头和激光发射器连成的直线冤的距离凿忆袁可根据
相似三角形原理求出袁公式如下院
凿忆
越
枣忆
遭葬泽藻造蚤灶藻曾
渊员冤
其中枣忆表示孕圆形成的平面焦距袁曾表示成像点孕圆忆和辅成
点孕圆忆线段的长度遥式中遭葬泽藻造蚤灶藻大小已知袁只需计算出枣忆和曾
的大小袁即可求出凿忆的值遥
上述平面与基准面夹角为兹袁由三角变换可得院
枣忆
越糟燥泽兹
枣
孕圆忆窑赠原孕员忆窑赠
枣
越贼葬灶兹
渊圆冤
渊猿冤
式中枣表示中心点孕员的焦距袁是已知常量袁渣孕圆忆窑赠原孕员忆窑赠渣表
示孕员忆到孕圆忆的距离袁可由成像图得到袁联立式渊圆冤尧渊猿冤可求出枣忆院
枣忆越
枣
糟燥泽渊葬则糟贼葬灶渊渊孕圆忆窑赠原孕员忆窑赠冤辕枣冤冤
枣忆
垣责蚤曾藻造杂蚤扎藻伊责燥泽蚤贼蚤燥灶
贼葬灶茁
渊源冤
渊缘冤
对于变量曾袁可由以下公式求出院
曾越
图员摄像头尧激光发射器和线结构光的相对位置
图员中孕员点表示被测物体表面上线结构光的中点袁现以
中心点孕员尧其对应的成像点孕员忆尧摄像头以及激光发射器这四个
点组成一个三角平面袁称为基准面袁此时中心点孕员满足单点激
光测距原理
咱猿暂
遥
茁表示激光发射器与遭葬泽藻造蚤灶藻的夹角袁由扫描仪本身决定遥
责蚤曾藻造杂蚤扎藻表示像素单位大小袁责燥泽蚤贼蚤燥灶是成像的像素坐标相对
于成像中心的位置袁这两者由摄像头本身所决定遥计算出枣忆和曾
后袁即可求出公式渊员冤的凿忆遥
本文所设计的三维激光扫描仪有两个激光发射器和一个摄
像头袁两个激光发射器相对于摄像头的位置如图圆所示袁其算法
原理同上文所述袁只需对一些已知的平面角度进行三角变换袁即
可求出两侧的计算结果袁本文不再赘述遥
圆三维激光扫描仪系统设计
本文三维激光扫描仪的下位机用的是粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥袁上位
机软件为匀燥则怎泽遥
圆援员系统硬件设计
本文三维激光扫描仪所采用的硬件设备及其功能如下院
员冤粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥院粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥是一款基于粤则凿怎蚤灶燥
哉晕韵改进的开发板袁相比于哉晕韵袁晕葬灶燥的体积更小袁价格便
宜袁能减小开发成本遥晕葬灶燥是系统的底层主控芯片袁下位机程序
叶工业控制计算机曳圆园员怨年第猿圆卷第苑期
7
图圆两个激光发射器相对于摄像头的位置
可通过粤则凿怎蚤灶燥陨阅耘烧录下载遥
圆冤步进电机院控制被测物体猿远园毅旋转袁三维扫描仪对物体
进行三维信息采集时袁应保持转台匀速转动遥
猿冤粤源怨愿愿院使能的电机驱动袁控制电流脉冲遥
源冤员圆灾供电电源院粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥的引脚电压不足以带动步
进电机袁需要外接供电电源遥
缘冤罗技悦圆苑园摄像头院捕获物体表面轮廓袁经计算分析生成
三维模型遥
远冤一字线激光院发射线结构光打在物体表面上以生成轮廓遥
苑冤标定板院校正镜头畸变尧确定物理尺寸和像素间的换算关系遥
晕葬灶燥控制电路图如图猿所示袁其中员圆灾电源可以接在
晕葬灶燥的灾蚤灶上袁开发板内有降压稳压模块袁可以在缘灾引脚输出
缘灾电压袁将其接到粤源怨愿愿的灾阅阅引脚袁给粤源怨愿愿芯片供电袁
员圆灾电源还可以为粤源怨愿愿的电机供电端供电遥粤源怨愿愿用员远细
分袁需要将酝杂员尧圆尧猿都接灾悦悦遥激光可以接上三极管放大输出袁
起到保护引脚的作用袁也可以把激光作为蕴耘阅接入电路袁采用共
阳极接法袁晕葬灶燥控制阴极引脚袁当电平拉低时袁激光就能亮了遥
图源下位机主程序
泽怎凿燥葬凿凿原葬责贼原则藻责燥泽蚤贼燥则赠责责葬押遭择燥责藻灶泽燥怎则糟藻辕燥责藻灶糟增
泽怎凿燥葬凿凿原葬责贼原则藻责燥泽蚤贼燥则赠责责葬押遭择燥责藻灶泽燥怎则糟藻辕澡燥则怎泽
然后输入如下命令安装程序院
泽怎凿燥葬责贼原早藻贼蚤灶泽贼葬造造澡燥则怎泽
泽怎凿燥怎泽藻则皂燥凿原葬原郧凿蚤葬造燥怎贼溢哉杂耘砸
最后重启系统完成安装遥
在宰蚤灶凿燥憎泽系统下的点击野援耘载耘冶文件便可完成安装遥
启动匀燥则怎泽后袁匀燥则怎泽可与硬件对接袁连接顺序是先接摄像
头袁后开发板袁连接界面如图缘所示遥
图缘
图猿晕葬灶燥控制电路图
匀燥则怎泽与硬件的连接界面
晕葬灶燥的核心代码如图源所示袁图中对主程序的代码做了注
释遥下位机程序启动时袁先检查电路是否已通电袁并设置系统预
警遥如果程序运行时郧则遭造处于报警状态袁将会锁定所有的输入
命令与脚本的启动袁但可以访问和更改内部命令遥设置系统预警
是为了防止程序崩溃时系统不受控制的情形发生遥同时还需要
禁用中断函数自动执行任务袁以确保人为中止程序时袁所有的变
量都被清除重置遥
圆援圆系统软件连接
数据采集软件选用西班牙月匝公司开发的猿阅扫描软件
匀燥则怎泽
咱源暂
遥匀燥则怎泽软件中集成了成像算法尧扫描算法以及图像处
理相关的函数库袁例如韵责藻灶糟增跨平台计算机视觉库便包含其
中遥月匝公司还将匀燥则怎泽软件源码发布在了郧蚤贼匀怎遭上袁用户可
自由修改和完善扫描程序遥
在蕴蚤灶怎曾系统中安装运行匀燥则怎泽时袁需要先获取管理员权
限袁并输入如下命令院
当匀燥则怎泽与摄像头连接成功后袁悦葬皂藻则葬陨凿会显示数字园袁
此时摄像头拍到的物体轮廓信息可以输入匀燥则怎泽中袁通过对每
个角度的图像数据分析计算袁最终生成物体的三维模型袁并以
孕蕴再文件格式保存物体的点云数据遥
连接开发板时袁需要先设置端口号和波特率袁连接成功后袁
匀燥则怎泽会显示开发板的型号袁此时可以通过匀燥则怎泽软件控制激
光发射器开关尧步进电机转速袁用户不需要修改下位机变量参数
就能控制系统运转袁可以省去很多麻烦遥
匀燥则怎泽还包括了相机参数标定的相关算法袁可使标定过程
更为便捷袁同时还能提高标定的准确率遥
猿点云采集分析
本文三维激光扫描仪的整体结构如图远所示袁扫描时需将
物体放在旋转转台的中心位置遥
扫描过程中需控制转台的转速袁如果转台转动过快袁摄像头拍
到的图像会有拖影袁使得线结构光的宽度增大袁导致中心提取的精
度大幅降低遥因此本文通过设定一个阈值来限制电机转速袁可在一
8基于粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥的低成本三维扫描仪
位置关系也会影响扫描精度遥研究表明激光发射器与摄像头的倾
角应尽可能大袁在三维激光扫描仪的扫描范围内袁夹角在猿园毅耀缘园毅
范围内效果最佳遥被扫描物体与三维点云如图苑所示遥
通过采集的三维点云结果可以看出袁在没有特定的精度要
求条件下袁本文的三维激光扫描仪能够获得比较理想的三维数
据模型遥
源结束语
本文的三维扫描系统最终是以孕蕴再文件格式保存物体的
三维点云数据袁扫描的物体如需进行猿阅打印袁可将孕蕴再点云文
件导入到郧藻燥皂葬早蚤糟杂贼怎凿蚤燥中生成杂栽蕴文件袁倘若被扫描物体
轮廓复杂袁郧藻燥皂葬早蚤糟杂贼怎凿蚤燥还可对物体的三维点云进行降噪尧
缝合曲面尧填补空洞尧表面平滑等修复处理
咱缘暂
遥
咱员暂李杰袁周兴华袁唐秋华袁等援三维激光扫描技术在数字城市中的应用
咱圆暂张序袁李兆堃袁罗小华袁等援应用三维激光扫描测量进行文物逆向工程
咱猿暂李兰君袁喻寿益援单点激光三角法测距及其标定咱允暂援仪表技术与传感
咱源暂王丁辰袁余善霖袁张旷奇袁等援桌面级猿阅扫描仪的设计与实现咱允暂援数
咱缘暂林鹏袁刘超袁郑礼全袁等援基于郧藻燥皂葬早蚤糟杂贼怎凿蚤燥的雕像三维建模
咱允暂援北京测绘袁圆园员源渊源冤院猿源原猿远
图苑被扫描物体与三维点云的对比图
咱收稿日期院圆园员怨援猿援圆园暂
字技术与应用袁圆园员愿袁猿远渊怨冤院员圆猿原员圆缘袁员圆苑
器袁圆园园猿渊员园冤院源怨原缘员
恢复咱允暂援测绘科学袁圆园员猿袁猿愿渊远冤院员远怨原员苑员
咱允暂援海岸工程袁圆园员员袁猿园渊猿冤院圆愿原猿猿
图远三维激光扫描仪的整体结构
定程度上减小误差遥此外袁激光发射器尧摄像头尧被测物体这三者的
参考文献
渊上接第缘页冤
原有控制系统作为参照组遥新旧两套控制系统控制的管道超声自
动检测装置在同样条件下袁对主管道热锻焊缝模拟体穴直径
怨缘圆援缘皂皂雪的同一位置渊焊缝中心的流向标记点冤袁进行超声信号数
据采集遥以远园毅双晶探头为例袁得到的实时数据结果如图缘所示遥
由图缘对比分析可知袁新的控制系统较好地解决了超声采
集仪器受高频噪声信号干扰的问题袁有效抑制了杂波信号袁提高
了采集到的超声探伤信号的质量遥
同时袁为了检验新控制系统下管道超声自动检测装置的定位
精度袁以主管道热锻焊缝模拟体流向标记点为原点袁周向取苑源毅尧
员源苑毅尧圆圆猿毅渊距原点分别为远员源援愿皂皂尧员圆圆员援猿皂皂尧员愿缘圆援苑皂皂冤三
点记为点孕员尧孕圆尧孕猿袁轴向取垂直焊缝左侧猿园皂皂尧苑缘皂皂尧
员猿圆皂皂三点记为点阅员尧阅圆尧阅猿袁进行实测袁得到数据如表员所示遥
表员管道超声自动检测装置定位精度渊单位院皂皂冤
足规程要求渊周向尧轴向误差范围均为依缘皂皂冤袁达到运动精度的
预定设计指标遥
此外袁两套系统的使用过程中发现袁新的系统线束明显减
少袁控制箱也更为轻便袁布置安装设备的便捷性有显著改善袁且
管道超声自动检测装置在运行时的负载也同样减少遥
缘结束语
新的管道超声自动检测装置控制系统设计围绕郧葬造蚤造阅酝悦原
缘园园源园控制卡展开袁配合相应的超声探头耦合系统尧实时视频监
控系统等袁在实际应用中表现出良好的稳定性及可靠性袁同时改
善了布设设备的便捷性及采集的超声探伤信号质量遥表明该控
制系统设计达到了预期的设计要求袁具有较高的实际应用价值遥
参考文献
咱员暂法国核岛设备设计建造规则协会援砸悦悦原酝压水堆核岛机械设备设计
咱圆暂丁伯民袁粤杂酝耘峪压力容器规范分析咱酝暂援北京院化学工业出版社袁
咱猿暂陶泽勇袁刘震袁周路生袁等援基于郧葬造蚤造卡的管道扫查器控制设计咱允暂援
咱源暂张跃宏援试论孕宰酝系统电磁兼容性设计的基本方法咱允暂援电气传动自
咱缘暂陈灏援变频调速系统电磁兼容研究咱允暂援自动化仪表袁圆园员缘袁猿远渊缘冤院
动化袁圆园园源袁圆远渊远冤院猿猿原猿缘
缘苑原缘怨
制造业自动化袁圆园员缘袁猿苑渊员圆冤院员园愿原员园怨
圆园员源
和建造规则咱杂暂援上海院上海科学技术文献出版社袁圆园园园
通过表员计算得出袁管道超声自动检测装置的周向定位偏
差孕员的标准方差滓
员
越圆援圆皂皂袁孕圆的标准方差滓
圆
越员援远皂皂袁孕猿的
标准方差滓
猿
越员援愿皂皂曰而轴向定位偏差阅员的标准方差滓
源
越
员援员皂皂袁阅圆的标准方差滓
缘
越园援愿皂皂袁阅猿的标准方差滓
远
越员援园皂皂遥
由此可见袁新控制系统的周向定位精度优于依圆援缘皂皂袁轴向定位
精度优于依圆皂皂袁周向最大偏差源援缘皂皂袁轴向最大偏差猿皂皂袁满
咱远暂梁振光援电磁兼容原理尧技术及应用咱酝暂援北京院机械工业出版社袁
咱愿暂晕陨公司援晕陨远猿圆员系列数据处理板卡使用手册咱运暂袁圆园员远
咱苑暂粤砸酝公司援阅酝悦原缘园园曾园援阅酝悦控制卡使用手册咱运暂袁圆园员远
咱收稿日期院圆园员怨援圆援圆远暂
圆园园苑
2024年5月21日发(作者：戎平良)
6基于粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥的低成本三维扫描仪
基于粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥的低成本三维扫描仪
蕴燥憎原糟燥泽贼猿阅杂糟葬灶灶藻则月葬泽藻凿燥灶粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥
李伟强孙涛
渊上海大学机电工程与自动化学院袁上海圆园园源源源冤
摘要院传统的建模方式需要建模者弄清物体的三维空间结构袁然后利用三维制作软件构建出物体的三维数据模型袁此方
法既费时又费力遥使用三维扫描仪可以快速扫描物体表面每个采样点的三维坐标袁从而逆向生成物体的三维模型袁三维扫描
仪是逆向工程尧虚拟现实等技术的应用典例遥传统的三维扫描仪价格昂贵袁其推广和应用都有很大的限制袁因此利用线结构
光与旋转转台设计了一款低成本三维扫描仪袁介绍了其扫描原理尧硬件构成与软件对接袁并完成了相机参数的标定袁最后将
客观物体与三维模型进行对比分析袁结果显示所得到的三维模型较为理想遥
关键词院三维扫描仪袁逆向工程袁低成本袁线结构光
粤遭泽贼则葬糟贼押栽澡蚤泽责葬责藻则凿藻泽蚤早灶泽葬造燥憎原糟燥泽贼猿阅泽糟葬灶灶藻则憎蚤贼澡造蚤灶藻葬则泽贼则怎糟贼怎则藻凿造蚤早澡贼葬灶凿责则藻糟蚤泽蚤燥灶贼怎则灶贼葬遭造藻熏葬灶凿蚤灶贼则燥凿怎糟藻泽蚤贼泽
泽糟葬灶灶蚤灶早责则蚤灶糟蚤责造藻熏澡葬则凿憎葬则藻糟燥皂责燥泽蚤贼蚤燥灶葬灶凿泽燥枣贼憎葬则藻凿燥糟噪蚤灶早熏葬灶凿糟燥皂责造藻贼藻泽贼澡藻糟葬造蚤遭则葬贼蚤燥灶燥枣糟葬皂藻则葬责葬则葬皂藻贼藻则泽援云蚤灶葬造造赠熏
糟燥皂责葬则蚤灶早贼澡藻燥遭躁藻糟贼蚤增藻燥遭躁藻糟贼憎蚤贼澡猿阅皂燥凿藻造熏葬灶凿贼澡藻则藻泽怎造贼泽泽澡燥憎贼澡葬贼贼澡藻燥遭贼葬蚤灶藻凿猿阅皂燥凿藻造蚤泽蚤凿藻葬造援
运藻赠憎燥则凿泽押猿阅泽糟葬灶灶藻则熏则藻增藻则泽藻藻灶早蚤灶藻藻则蚤灶早熏造燥憎原糟燥泽贼熏造蚤灶藻葬则泽贼则怎糟贼怎则藻凿造蚤早澡贼
三维扫描仪能够扫描并生成物体的三维模型袁具有快速尧精
准尧无接触等优点袁目前三维扫描技术已被广泛应用于数字城
市尧虚拟现实尧逆向工程尧考古与文物保护等领域
咱员原圆暂
遥高性能的
三维扫描仪价格通常上万袁在很多精度要求不高的应用中显得
性能过剩袁为此袁本文设计了一款线结构光三维扫描仪袁其利用
激光发射器发射的线性激光打在物体表面上呈现出物体的轮
廓袁然后摄像头拍到激光线袁计算激光线上各点相对摄像头的距
离袁通过旋转平台得到物体的猿远园毅曲线坐标袁生成最终的三维
实体袁该款三维扫描仪算法简单袁成本只需几百元袁便可以快速
获取到物体的三维信息遥
员三维激光扫描仪原理
本文的三维激光扫描仪以两个激光发射器和一个摄像头作
为数据采集设备袁并使用步进电机来驱动转台匀速转动袁获取到
物体的三维信息遥当三维激光扫描仪采集物体轮廓的三维信息
时袁需要调整两侧的激光发射器袁使打在物体表面的两条线型激
光聚合成一条线结构光袁其目的是物体每旋转一周可进行两次
线结构光扫描袁所得到物体三维信息的计算结果会更加精准遥
假设在采集物体三维信息时只有一个激光发射器和一个摄
像头袁在此情况下袁摄像头尧激光发射器和线结构光的相对位置
如图员所示遥
线结构光上的任一点孕圆渊非孕员点冤尧成像点孕圆忆尧摄像头以
及激光发射器组成的平面与基准面的夹角为兹遥此时袁点孕圆到
遭葬泽藻造蚤灶藻渊摄像头和激光发射器连成的直线冤的距离凿忆袁可根据
相似三角形原理求出袁公式如下院
凿忆
越
枣忆
遭葬泽藻造蚤灶藻曾
渊员冤
其中枣忆表示孕圆形成的平面焦距袁曾表示成像点孕圆忆和辅成
点孕圆忆线段的长度遥式中遭葬泽藻造蚤灶藻大小已知袁只需计算出枣忆和曾
的大小袁即可求出凿忆的值遥
上述平面与基准面夹角为兹袁由三角变换可得院
枣忆
越糟燥泽兹
枣
孕圆忆窑赠原孕员忆窑赠
枣
越贼葬灶兹
渊圆冤
渊猿冤
式中枣表示中心点孕员的焦距袁是已知常量袁渣孕圆忆窑赠原孕员忆窑赠渣表
示孕员忆到孕圆忆的距离袁可由成像图得到袁联立式渊圆冤尧渊猿冤可求出枣忆院
枣忆越
枣
糟燥泽渊葬则糟贼葬灶渊渊孕圆忆窑赠原孕员忆窑赠冤辕枣冤冤
枣忆
垣责蚤曾藻造杂蚤扎藻伊责燥泽蚤贼蚤燥灶
贼葬灶茁
渊源冤
渊缘冤
对于变量曾袁可由以下公式求出院
曾越
图员摄像头尧激光发射器和线结构光的相对位置
图员中孕员点表示被测物体表面上线结构光的中点袁现以
中心点孕员尧其对应的成像点孕员忆尧摄像头以及激光发射器这四个
点组成一个三角平面袁称为基准面袁此时中心点孕员满足单点激
光测距原理
咱猿暂
遥
茁表示激光发射器与遭葬泽藻造蚤灶藻的夹角袁由扫描仪本身决定遥
责蚤曾藻造杂蚤扎藻表示像素单位大小袁责燥泽蚤贼蚤燥灶是成像的像素坐标相对
于成像中心的位置袁这两者由摄像头本身所决定遥计算出枣忆和曾
后袁即可求出公式渊员冤的凿忆遥
本文所设计的三维激光扫描仪有两个激光发射器和一个摄
像头袁两个激光发射器相对于摄像头的位置如图圆所示袁其算法
原理同上文所述袁只需对一些已知的平面角度进行三角变换袁即
可求出两侧的计算结果袁本文不再赘述遥
圆三维激光扫描仪系统设计
本文三维激光扫描仪的下位机用的是粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥袁上位
机软件为匀燥则怎泽遥
圆援员系统硬件设计
本文三维激光扫描仪所采用的硬件设备及其功能如下院
员冤粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥院粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥是一款基于粤则凿怎蚤灶燥
哉晕韵改进的开发板袁相比于哉晕韵袁晕葬灶燥的体积更小袁价格便
宜袁能减小开发成本遥晕葬灶燥是系统的底层主控芯片袁下位机程序
叶工业控制计算机曳圆园员怨年第猿圆卷第苑期
7
图圆两个激光发射器相对于摄像头的位置
可通过粤则凿怎蚤灶燥陨阅耘烧录下载遥
圆冤步进电机院控制被测物体猿远园毅旋转袁三维扫描仪对物体
进行三维信息采集时袁应保持转台匀速转动遥
猿冤粤源怨愿愿院使能的电机驱动袁控制电流脉冲遥
源冤员圆灾供电电源院粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥的引脚电压不足以带动步
进电机袁需要外接供电电源遥
缘冤罗技悦圆苑园摄像头院捕获物体表面轮廓袁经计算分析生成
三维模型遥
远冤一字线激光院发射线结构光打在物体表面上以生成轮廓遥
苑冤标定板院校正镜头畸变尧确定物理尺寸和像素间的换算关系遥
晕葬灶燥控制电路图如图猿所示袁其中员圆灾电源可以接在
晕葬灶燥的灾蚤灶上袁开发板内有降压稳压模块袁可以在缘灾引脚输出
缘灾电压袁将其接到粤源怨愿愿的灾阅阅引脚袁给粤源怨愿愿芯片供电袁
员圆灾电源还可以为粤源怨愿愿的电机供电端供电遥粤源怨愿愿用员远细
分袁需要将酝杂员尧圆尧猿都接灾悦悦遥激光可以接上三极管放大输出袁
起到保护引脚的作用袁也可以把激光作为蕴耘阅接入电路袁采用共
阳极接法袁晕葬灶燥控制阴极引脚袁当电平拉低时袁激光就能亮了遥
图源下位机主程序
泽怎凿燥葬凿凿原葬责贼原则藻责燥泽蚤贼燥则赠责责葬押遭择燥责藻灶泽燥怎则糟藻辕燥责藻灶糟增
泽怎凿燥葬凿凿原葬责贼原则藻责燥泽蚤贼燥则赠责责葬押遭择燥责藻灶泽燥怎则糟藻辕澡燥则怎泽
然后输入如下命令安装程序院
泽怎凿燥葬责贼原早藻贼蚤灶泽贼葬造造澡燥则怎泽
泽怎凿燥怎泽藻则皂燥凿原葬原郧凿蚤葬造燥怎贼溢哉杂耘砸
最后重启系统完成安装遥
在宰蚤灶凿燥憎泽系统下的点击野援耘载耘冶文件便可完成安装遥
启动匀燥则怎泽后袁匀燥则怎泽可与硬件对接袁连接顺序是先接摄像
头袁后开发板袁连接界面如图缘所示遥
图缘
图猿晕葬灶燥控制电路图
匀燥则怎泽与硬件的连接界面
晕葬灶燥的核心代码如图源所示袁图中对主程序的代码做了注
释遥下位机程序启动时袁先检查电路是否已通电袁并设置系统预
警遥如果程序运行时郧则遭造处于报警状态袁将会锁定所有的输入
命令与脚本的启动袁但可以访问和更改内部命令遥设置系统预警
是为了防止程序崩溃时系统不受控制的情形发生遥同时还需要
禁用中断函数自动执行任务袁以确保人为中止程序时袁所有的变
量都被清除重置遥
圆援圆系统软件连接
数据采集软件选用西班牙月匝公司开发的猿阅扫描软件
匀燥则怎泽
咱源暂
遥匀燥则怎泽软件中集成了成像算法尧扫描算法以及图像处
理相关的函数库袁例如韵责藻灶糟增跨平台计算机视觉库便包含其
中遥月匝公司还将匀燥则怎泽软件源码发布在了郧蚤贼匀怎遭上袁用户可
自由修改和完善扫描程序遥
在蕴蚤灶怎曾系统中安装运行匀燥则怎泽时袁需要先获取管理员权
限袁并输入如下命令院
当匀燥则怎泽与摄像头连接成功后袁悦葬皂藻则葬陨凿会显示数字园袁
此时摄像头拍到的物体轮廓信息可以输入匀燥则怎泽中袁通过对每
个角度的图像数据分析计算袁最终生成物体的三维模型袁并以
孕蕴再文件格式保存物体的点云数据遥
连接开发板时袁需要先设置端口号和波特率袁连接成功后袁
匀燥则怎泽会显示开发板的型号袁此时可以通过匀燥则怎泽软件控制激
光发射器开关尧步进电机转速袁用户不需要修改下位机变量参数
就能控制系统运转袁可以省去很多麻烦遥
匀燥则怎泽还包括了相机参数标定的相关算法袁可使标定过程
更为便捷袁同时还能提高标定的准确率遥
猿点云采集分析
本文三维激光扫描仪的整体结构如图远所示袁扫描时需将
物体放在旋转转台的中心位置遥
扫描过程中需控制转台的转速袁如果转台转动过快袁摄像头拍
到的图像会有拖影袁使得线结构光的宽度增大袁导致中心提取的精
度大幅降低遥因此本文通过设定一个阈值来限制电机转速袁可在一
8基于粤则凿怎蚤灶燥晕葬灶燥的低成本三维扫描仪
位置关系也会影响扫描精度遥研究表明激光发射器与摄像头的倾
角应尽可能大袁在三维激光扫描仪的扫描范围内袁夹角在猿园毅耀缘园毅
范围内效果最佳遥被扫描物体与三维点云如图苑所示遥
通过采集的三维点云结果可以看出袁在没有特定的精度要
求条件下袁本文的三维激光扫描仪能够获得比较理想的三维数
据模型遥
源结束语
本文的三维扫描系统最终是以孕蕴再文件格式保存物体的
三维点云数据袁扫描的物体如需进行猿阅打印袁可将孕蕴再点云文
件导入到郧藻燥皂葬早蚤糟杂贼怎凿蚤燥中生成杂栽蕴文件袁倘若被扫描物体
轮廓复杂袁郧藻燥皂葬早蚤糟杂贼怎凿蚤燥还可对物体的三维点云进行降噪尧
缝合曲面尧填补空洞尧表面平滑等修复处理
咱缘暂
遥
咱员暂李杰袁周兴华袁唐秋华袁等援三维激光扫描技术在数字城市中的应用
咱圆暂张序袁李兆堃袁罗小华袁等援应用三维激光扫描测量进行文物逆向工程
咱猿暂李兰君袁喻寿益援单点激光三角法测距及其标定咱允暂援仪表技术与传感
咱源暂王丁辰袁余善霖袁张旷奇袁等援桌面级猿阅扫描仪的设计与实现咱允暂援数
咱缘暂林鹏袁刘超袁郑礼全袁等援基于郧藻燥皂葬早蚤糟杂贼怎凿蚤燥的雕像三维建模
咱允暂援北京测绘袁圆园员源渊源冤院猿源原猿远
图苑被扫描物体与三维点云的对比图
咱收稿日期院圆园员怨援猿援圆园暂
字技术与应用袁圆园员愿袁猿远渊怨冤院员圆猿原员圆缘袁员圆苑
器袁圆园园猿渊员园冤院源怨原缘员
恢复咱允暂援测绘科学袁圆园员猿袁猿愿渊远冤院员远怨原员苑员
咱允暂援海岸工程袁圆园员员袁猿园渊猿冤院圆愿原猿猿
图远三维激光扫描仪的整体结构
定程度上减小误差遥此外袁激光发射器尧摄像头尧被测物体这三者的
参考文献
渊上接第缘页冤
原有控制系统作为参照组遥新旧两套控制系统控制的管道超声自
动检测装置在同样条件下袁对主管道热锻焊缝模拟体穴直径
怨缘圆援缘皂皂雪的同一位置渊焊缝中心的流向标记点冤袁进行超声信号数
据采集遥以远园毅双晶探头为例袁得到的实时数据结果如图缘所示遥
由图缘对比分析可知袁新的控制系统较好地解决了超声采
集仪器受高频噪声信号干扰的问题袁有效抑制了杂波信号袁提高
了采集到的超声探伤信号的质量遥
同时袁为了检验新控制系统下管道超声自动检测装置的定位
精度袁以主管道热锻焊缝模拟体流向标记点为原点袁周向取苑源毅尧
员源苑毅尧圆圆猿毅渊距原点分别为远员源援愿皂皂尧员圆圆员援猿皂皂尧员愿缘圆援苑皂皂冤三
点记为点孕员尧孕圆尧孕猿袁轴向取垂直焊缝左侧猿园皂皂尧苑缘皂皂尧
员猿圆皂皂三点记为点阅员尧阅圆尧阅猿袁进行实测袁得到数据如表员所示遥
表员管道超声自动检测装置定位精度渊单位院皂皂冤
足规程要求渊周向尧轴向误差范围均为依缘皂皂冤袁达到运动精度的
预定设计指标遥
此外袁两套系统的使用过程中发现袁新的系统线束明显减
少袁控制箱也更为轻便袁布置安装设备的便捷性有显著改善袁且
管道超声自动检测装置在运行时的负载也同样减少遥
缘结束语
新的管道超声自动检测装置控制系统设计围绕郧葬造蚤造阅酝悦原
缘园园源园控制卡展开袁配合相应的超声探头耦合系统尧实时视频监
控系统等袁在实际应用中表现出良好的稳定性及可靠性袁同时改
善了布设设备的便捷性及采集的超声探伤信号质量遥表明该控
制系统设计达到了预期的设计要求袁具有较高的实际应用价值遥
参考文献
咱员暂法国核岛设备设计建造规则协会援砸悦悦原酝压水堆核岛机械设备设计
咱圆暂丁伯民袁粤杂酝耘峪压力容器规范分析咱酝暂援北京院化学工业出版社袁
咱猿暂陶泽勇袁刘震袁周路生袁等援基于郧葬造蚤造卡的管道扫查器控制设计咱允暂援
咱源暂张跃宏援试论孕宰酝系统电磁兼容性设计的基本方法咱允暂援电气传动自
咱缘暂陈灏援变频调速系统电磁兼容研究咱允暂援自动化仪表袁圆园员缘袁猿远渊缘冤院
动化袁圆园园源袁圆远渊远冤院猿猿原猿缘
缘苑原缘怨
制造业自动化袁圆园员缘袁猿苑渊员圆冤院员园愿原员园怨
圆园员源
和建造规则咱杂暂援上海院上海科学技术文献出版社袁圆园园园
通过表员计算得出袁管道超声自动检测装置的周向定位偏
差孕员的标准方差滓
员
越圆援圆皂皂袁孕圆的标准方差滓
圆
越员援远皂皂袁孕猿的
标准方差滓
猿
越员援愿皂皂曰而轴向定位偏差阅员的标准方差滓
源
越
员援员皂皂袁阅圆的标准方差滓
缘
越园援愿皂皂袁阅猿的标准方差滓
远
越员援园皂皂遥
由此可见袁新控制系统的周向定位精度优于依圆援缘皂皂袁轴向定位
精度优于依圆皂皂袁周向最大偏差源援缘皂皂袁轴向最大偏差猿皂皂袁满
咱远暂梁振光援电磁兼容原理尧技术及应用咱酝暂援北京院机械工业出版社袁
咱愿暂晕陨公司援晕陨远猿圆员系列数据处理板卡使用手册咱运暂袁圆园员远
咱苑暂粤砸酝公司援阅酝悦原缘园园曾园援阅酝悦控制卡使用手册咱运暂袁圆园员远
咱收稿日期院圆园员怨援圆援圆远暂
圆园园苑