扫描装置、工程车及扫描方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种扫描装置、工程车及扫描方法，其中，扫描装置包括：传感器部件，设置于工程车上，传感器部件包括激光器和相机，激光器可朝向标定板发射激光，相机可获取激光投射在标定板上的图像信息；全站仪，用于检测标定板与扫描装置的位姿关系；倾角仪，设置于扫描装置上，用于检测扫描装置与工程车的位姿关系；控制器，与传感器部件、全站仪及倾角仪相连接，控制器可根据激光投射在标定板的图像信息及全站仪的检测结果确定相机与扫描装置的位姿关系，进而根据相机与扫描装置的位姿关系及扫描装置与工程车的位姿关系，确定相机与工程车的位姿关系。本发明专利技术提出的扫描装置扫描精度更高，制造成本低。

Scanning Device, Engineering Vehicle and Scanning Method

【技术实现步骤摘要】
扫描装置、工程车及扫描方法
本专利技术涉及工程机械
，具体而言，涉及一种扫描装置、工程车及扫描方法。
技术介绍
三维测量技术主要用于重构被测物表面三维特征，根据测量形式和手段，可分为接触式和非接触式测量。接触式测量系统的经典应用代表是三坐标测量机，该测量方式需要探头与被测物表面接触并在物体上移动，从而得到相对于坐标系的点云信息。其优势在于，精度高，测量范围广，不受外界光照影响，但由于需要接触物体表面，可能对被测量造成微小变形和划伤，测量速度较慢，点云密度低，测量过程需要人工干预。非接触式三维测量是利用光学三角测量原理，测量过程中无需人工参与，对被测物无任何影响，但目前无法应用于工程车的扫描定位中。国内大量的高铁隧道和高速隧道需要开挖和维修，而传统的隧道三维扫描系统主要是采用激光扫描方式，激光扫描方式适合大断面、全范围的整体扫描，具有一定的局限性，且精度较低。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一方面提出了一种扫描装置。本专利技术第二方面提出了一种工程车。本专利技术第三方面提出了一种扫描方法。本专利技术第一方面提出了一种扫描装置，用于工程车，包括：传感器部件，设置于工程车上，传感器部件包括激光器和相机，激光器可朝向标定板发射激光，相机可获取激光投射在标定板上的图像信息；全站仪，用于检测标定板与扫描装置的位姿关系；倾角仪，设置于扫描仪装置上，用于检测扫描装置与工程车的位姿关系；控制器，与传感器部件、全站仪及倾角仪相连接，控制器可根据激光投射在标定板的图像信息及全站仪的检测结果确定相机与扫描装置的位姿关系，进而根据相机与扫描装置的位姿关系及扫描装置与工程车的位姿关系，确定相机与工程车的位姿关系。具体地，全站仪与控制器之间为无线连接，用于实现信息的交互。本专利技术提出一种应用于工程车的扫描装置，其中，传感器部件包括激光器和相机，标定板位于相机的视野范围内，激光器朝向标定板发射激光，相机获取激光投影在标定板的图像信息，控制器利用张正有标定法确定相机与标定板之间的位姿关系；通过全站仪检测标定板与扫描装置的位姿关系；在已知相机与标定板之间的位姿关系及标定板与扫描装置的位姿关系的情况下，控制器便可计算出相机与扫描装置的位姿关系。扫描仪装置内置倾角仪，通过倾角仪检测扫描装置与工程车的位姿关系；在已知相机与扫描装置的位姿关系及扫描装置与工程车的位姿关系的情况下，控制器便可计算出相机与工程车的位姿关系，进而实现相机坐标系与工程车坐标系之间的转换。当相机获取到一个位置的坐标信息后，该坐标信息是以相机坐标系为基准的，控制器便可将其转换到工程车坐标系上，更便于观测扫描数据。本专利技术提出的扫描装置采用主动式转换方式，扫描精度更高，能够精准重建3D模型，自动化程度高，在扫描过程中无需人工干预，且相比较于享有激光扫描方式，制造成本更低。具体地，本专利技术提出的扫描装置以标定板坐标系为中间媒介，通过激光器与相机的配合，利用张正有标定法确定相机坐标系与标定板坐标系之间的转换关系；利用全站仪获取标定板坐标系与扫描装置坐标系的转换关系；利用倾角仪获取扫描装置坐标系与工程车坐标系的坐标系关系，进而实现相机坐标系与工程车坐标系的转换。具体地，相机坐标系指的是以相机为第一视角建立的坐标系，扫描装置坐标系指的是以监测装置整体为第一视角建立的坐标系，工程车坐标系值得是以工程车为第一视角建立的坐标系。根据本专利技术上述的扫描装置，还可以具有以下附加技术特征：在上述技术方案中，优选地，传感器部件还包括：双轴驱动部件，激光器及相机位于双轴驱动部件上，激光器及相机可在双轴驱动部件的驱动下在工程车同步转动。在该技术方案中，传感器部件还包括双轴驱动部件，其中，激光器及相机通过双轴驱动部件安装于工程车上。在激光器与相机配合使用的过程中，确定好相机与激光器的相对位置后，将激光器与相机安装于双轴驱动部件上。当获取到一个位置激光器投影在标定板上的图像信息及标定板自身的图像信息后，通过双轴驱动部件驱动激光器与相机在工程车上同步转动，进而获取下一个位置标定板上的图像信息及标定板自身的图像信息，不断重复上述旋转及拍摄步骤直至激光器与相机转动180°。当激光器与相机转动180°后，即可获得所需光平面方程标定的特征点。在上述任一技术方案中，优选地，双轴驱动部件包括：俯仰轴，设置于工程车上，传感器部件可在俯仰轴的驱动下沿竖直方向转动；横摆轴，设置于工程车上，传感器部件可在横摆的驱动下沿水平方向转动。在该技术方案中，双轴驱动部件包括相互配合使用的俯仰轴和横摆轴，其中，俯仰轴用于驱动传感器部件沿竖直方向转动，横摆轴用于驱动传感器部件沿水平方向转动，俯仰轴和横摆轴配合使用，仪保证空间内全方位的扫描检测。具体地，俯仰轴在竖直方向180°旋转，横摆轴在水平方向360°旋转。在上述任一技术方案中，优选地，还包括：至少两个安装部件，可转动地设置于双轴驱动部件上，激光器及相机分别设置于至少两个安装部件上，激光器及相机可分别在至少两个安装部件的驱动下转动。在该技术方案中，双轴驱动部件上设置有至少两个安装部件，安装部件的数量与激光器及相机的数量相等，用于分别安装相机和激光器。在安装相机与激光器时，分别将相机与激光器安装于不同的安装部件上，而每一个安装部件均可转动，因此可调整相互配合的相机和激光器的相对位置，以提升扫描装置的适应性。在上述任一技术方案中，优选地，传感器部件还包括：壳体，设置于工程车上，激光器与相机位于壳体内；镜头，设置于壳体内，与相机相连接。在该技术方案中，传感器部件还包括壳体及与相机相连接的镜头，其中，激光器、相机、镜头及倾角仪集成设置于壳体内，采用模块化设计以提升传感器部件的集成度。具体地，相机为CCD(chargecoupleddevice电荷耦合器件)工业相机，镜头为定焦镜头，壳体为3D(3Dimensions三维)传感器外壳，CCD工业相机、定焦镜头、壳体为3D传感器外壳共同组成壳体为3D传感器(即传感器部件)。在上述任一技术方案中，优选地，传感器部件还包括:透光层，设置于壳体上，激光器及相机朝向透光层设置。在该技术方案中，壳体上设置有透光层，且激光器及相机朝向透光层设置，保证激光可以准确地投射于标定板上，同时保证相机可以获取激光投射在标定板上的图像信息及标定板的图像信息。具体地，透光层为玻璃板。本专利技术第二方面提出了一种工程车，包括本专利技术第二方面任一项的扫描装置。本专利技术第二方面提出的工程车，因包括本专利技术第二方面任一项的扫描装置，因此具有上述扫描装置的全部有益效果，在此不再一一陈述。本专利技术第三方面提出了一种扫描方法，包括：根据激光投射在标定板的图像信息确定相机与标定板的位姿关系；通过全站仪获取标定板与扫描装置的位姿关系；根据相机与标定板的位姿关系及标定板与扫描装置的位姿关系，确定相机与扫描装置的位姿关系；通过倾角仪确定扫描装置与工程车的位姿关系；根据相机与扫描装置的位姿关系及扫描装置与工程车的位姿关系确定相机与工程车的位姿关系。本专利技术提出的扫描方法首先获取激光投射在标定板的图像信息，利用张正有标定法确定标定板与相机的位姿关系，以得到标定板坐标系与相机坐标系的转换关系；然后通过全站仪获取标定板与扫描装置的位姿关系，以得到标定板坐标系与扫描装置坐标系的转换关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描装置，用于工程车，其特征在于，包括：传感器部件，设置于所述工程车上，所述传感器部件包括激光器和相机，所述激光器可朝向标定板发射激光，所述相机可获取所述激光投射在所述标定板上的图像信息；全站仪，用于检测所述标定板与所述扫描装置的位姿关系；倾角仪，设置于所述扫描仪装置上，用于检测所述扫描装置与所述工程车的位姿关系；控制器，与所述传感器部件、所述全站仪及所述倾角仪相连接，所述控制器可根据所述激光投射在所述标定板的图像信息及所述全站仪的检测结果确定所述相机与所述扫描装置的位姿关系，进而根据所述相机与所述扫描装置的位姿关系及所述扫描装置与所述工程车的位姿关系，确定所述相机与所述工程车的位姿关系。

【技术特征摘要】
1.一种扫描装置，用于工程车，其特征在于，包括：传感器部件，设置于所述工程车上，所述传感器部件包括激光器和相机，所述激光器可朝向标定板发射激光，所述相机可获取所述激光投射在所述标定板上的图像信息；全站仪，用于检测所述标定板与所述扫描装置的位姿关系；倾角仪，设置于所述扫描仪装置上，用于检测所述扫描装置与所述工程车的位姿关系；控制器，与所述传感器部件、所述全站仪及所述倾角仪相连接，所述控制器可根据所述激光投射在所述标定板的图像信息及所述全站仪的检测结果确定所述相机与所述扫描装置的位姿关系，进而根据所述相机与所述扫描装置的位姿关系及所述扫描装置与所述工程车的位姿关系，确定所述相机与所述工程车的位姿关系。2.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述传感器部件还包括：双轴驱动部件，所述激光器及所述相机位于所述双轴驱动部件上，所述激光器及所述相机可在所述双轴驱动部件的驱动下在所述工程车同步转动。3.根据权利要求2所述的扫描装置，其特征在于，所述双轴驱动部件包括：俯仰轴，设置于所述扫描仪装置上，所述传感器部件可在所述俯仰轴的驱动下沿竖直方向转动；横摆轴，设置于所述扫描仪装置上，所述传感器部件可在所述横摆轴的驱动下沿水平方向转动。4.根据权利要求2所述的扫描装置，其特征在于，还包括：至少两个安装部件，可转动地设置于所述双轴驱动部件上，所述激光器及所述相机分别设置于所述至少两个安装部件上，所述激光器及所述相机可分别在所述至少两个安装部件的驱动下转动。5.根据权利要求1至4中任一项所述的扫描装置，其特征在于，传感器部件还包括：壳体，设置于所述工程车上，所述激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，秦念稳，李庆，邓泽，黎鑫溢，陈文俊，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43