一种地下空间激光3D成像装置及成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地下空间激光3D成像装置及成像方法，其中，成像装置包括：竖直伸缩杆、控制盒、第一步进电机、第二步进电机、摇臂、激光发射接收器、磁力计和上位机，控制盒连接于竖直伸缩杆的下端，第一步进电机和第二步进电机设置于控制盒的下端，可实现激光发射接收器水平与竖直方向的旋转，磁力计与激光发射接收器固定连接，用于测量激光发射接收器的方位信息，上位机用于接收由激光发射接收器获得的球形扫描数据，并对所述数据处理后得到成像信息。该地下空间激光3D成像装置及成像方法优化了其他地下探测装置的功能，可以直观准确的对地下空间的几何形态及空间变化进行探测。

A laser 3D imaging device and imaging method for underground space

The invention discloses an underground space laser 3D imaging device and an imaging method, in which the imaging device comprises a vertical telescopic rod, a control box, a first stepping motor, a second stepping motor, a rocker arm, a laser transmitting receiver, a magnetometer and a upper computer. The control box is connected to the lower end of the vertical telescopic rod. The first step motor and the control box are the motor and the first step motor. The second step motor is set at the lower end of the control box to realize the rotation of the laser transmitter level and the vertical direction. The magnetometer is connected with the laser transmitting receiver to measure the azimuth information of the laser transmitting receiver. The upper computer is used to receive the spherical scanning data obtained by the laser transmitting receiver. After processing the data, the imaging information is obtained. The laser 3D imaging device and imaging method of the underground space have optimized the functions of other underground detection devices, and can be used to detect the geometric shape and spatial changes of the underground space.

【技术实现步骤摘要】
一种地下空间激光3D成像装置及成像方法
本专利技术涉及地下空间几何形态检测领域，特别提供了一种地下空间激光3D成像装置及成像方法。
技术介绍
地下空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，激光探测3D成像技术可以直观准确的展现地下空间的几何形态，可以广泛应用探查。针对地下空间探测技术，我国主要以钻探为主物探为辅，国外以物探为主，近年来，电法，电磁法，微重力法，地震法都有较高的水平，但通过这些方法很难分析到地下空间具体的空间形态与几何特性，根据激光探测原理，实现对地下空区完整信息的采集，三维成像技术在地下空间探测应用较少。因此，研制一种地下空间激光3D成像装置及成像方法，成为人们亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种地下空间激光3D成像装置及成像方法，以解决现有地下空区探测装置不能展现地下空间几何特性完整信息的问题。本专利技术一方面提供了一种地下空间激光3D成像装置，包括：竖直伸缩杆、控制盒、第一步进电机、第二步进电机、摇臂、激光发射接收器、磁力计和上位机，其中，控制盒连接于竖直伸缩杆的下端，控制盒内设置有控制器，第一步进电机连接于控制盒的下端，其输出轴竖直向下设置，第二步进电机设置于第一步进电机的下部且与第一步进电机的输出轴连接，可在第一步进电机的输出轴的带动下旋转，第二步进电机的输出轴水平设置于其左右两侧且与摇臂连接，用于带动摇臂在竖直方向上转动，激光发射接收器固定连接于摇臂的下部，磁力计与激光发射接收器固定连接，控制器分别与第一步进电机、第二步进电机、激光发射接收器和磁力计连接，用于控制第一步进电机、第二步进电机的启停、接收激光发射接收器和磁力计采集的距离和磁感应信息，上位机与控制器连接，用于向控制器发送控制信号及接收控制器发送来的数据信息并进行处理。优选，所述第一步进电机和第二步进电机均设置于铝盒子内。进一步优选，上位机上设置有显示屏，可以显示激光发射接收器的方位信息，所述显示屏上还设置有复位键，用于控制第一步进电机及第二步进电机的复位。本专利技术还提供了一种地下空间激光3D成像方法，利用上述地下空间激光3D成像装置，包括如下步骤：(1)、通过竖直伸缩杆将连接于其下部的部分伸入到地下待探测空间内，设置激光发射接收器的水平起始位置和竖直起始位置；(2)、通过第一步进电机和第二步进电机带动激光发射接收器做水平360度与竖直180度旋转，得到待检测空间的球形扫描数据，所述扫描数据为激光发射接收器距地下空间墙壁的直线距离，其中，磁力计用于辅助调整第一步进电机或第二步进电机回转至水平起始位置或竖直起始位置；(3)、上位机获得所述球形扫描数据，通过对所述数据进行处理，得到地下空间激光3D成像信息。优选，步骤(2)中球形扫描数据的获得过程如下：第一步进电机从水平起始位置旋转指定小角度后，第二步进电机自下而上旋转180度，激光发射接收器在第二步进电机旋转的过程中，实时获得其距地下空间墙壁的直线距离，实现对一个竖直平面的测量，之后通过第二步进电机与磁力计的配合，使激光发射接收器反向转回至竖直起始位置，第一步进电机再次旋转指定角度后，第二步进电机自下而上旋转180度，激光发射接收器实现对该竖直平面的测量，以此类推，第一步进电机完成水平360度旋转，最终获得球形扫描数据，之后通过第一步进电机与磁力计的配合，使激光发射接收器反向转回至水平起始位置，至此，完成一次球形扫描数据的获得。进一步优选，上位机上设置有显示屏，用于显示激光发射接收器的方位信息和第一步进电机与第二步进电机旋转的角度信息、通过对球形扫描数据进行处理而得到的成像信息，所述显示屏上还设置有复位键，用于控制第一步进电机及第二步进电机的复位。进一步优选，第一步进电机的水平360度旋转为均匀小角度旋转。本专利技术提供的地下空间激光3D成像装置优化了其他地下探测装置的功能，可以直观准确的对地下空间的几何形态及空间变化进行探测，通过竖直伸缩杆可伸入地下空间，激光发射接收器可以测量其距地下空间墙壁的直线距离，第一步进电机和第二步进电机可带动激光发射接收器实现水平360度和竖直180度旋转，进而得到球形扫描数据，上位机通过对所述数据进行处理，可以得到地下空间激光3D成像信息，磁力计用于测量激光发射接收器的方位信息，可以对激光发射接收器的水平和竖直起始位置进行校准，以实现及时修正。本专利技术提供的地下空间激光3D成像方法利用所述地下空间激光3D成像装置，可以直观准确的对地下空间的几何形态及空间变化进行探测，通过竖直伸缩杆可伸入地下空间，激光发射接收器可以测量其距地下空间墙壁的直线距离，第一步进电机和第二步进电机可带动激光发射接收器实现水平360度和竖直180度旋转，得到球形扫描数据，上位机通过对所述数据进行处理，可以得到地下空间激光3D成像信息，磁力计用于测量激光发射接收器的方位信息，可以对激光发射接收器的水平和竖直起始位置进行校准，以实现及时修正。附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1为本专利技术提供的地下空间激光3D成像装置结构示意图；图2为本专利技术提供的地下空间激光3D成像装置的控制框图；图3为三维坐标系的示意图。具体实施方式下面将结合具体的实施方案对本专利技术进行进一步的解释，但并不局限本专利技术。如图1、图2所示，本专利技术提供了一种地下空间激光3D成像装置，包括：竖直伸缩杆1、控制盒2、第一步进电机3、第二步进电机4、摇臂5、激光发射接收器6、磁力计7和上位机8，其中，控制盒2连接于竖直伸缩杆1的下端，控制盒2内设置有控制器21，第一步进电机3连接于控制盒2的下端，其输出轴竖直向下设置，第二步进电机4设置于第一步进电机3的下部且与第一步进电机3的输出轴连接，可在第一步进电机3的输出轴的带动下旋转，第二步进电机4的输出轴水平设置于其左右两侧且与摇臂5连接，用于带动摇臂5在竖直方向上转动，激光发射接收器6固定连接于摇臂5的下部，磁力计7与激光发射接收器6固定连接，控制器21分别与第一步进电机3、第二步进电机4、激光发射接收器6和磁力计7连接，用于控制第一步进电机3、第二步进电机4的启停、接收激光发射接收器6和磁力计7采集的距离和磁感应信息，上位机8与控制器21连接，用于向控制器21发送控制信号及接收控制器21发送来的数据信息并进行处理。该地下空间激光3D成像装置优化了其他地下探测装置的功能，可以直观准确的对地下空间的几何形态及空间变化进行探测，通过竖直伸缩杆可伸入地下空间，激光发射接收器可以测量其距地下空间墙壁的直线距离，第一步进电机和第二步进电机可带动激光发射接收器实现水平360度和竖直180度旋转，得到球形扫描数据，上位机通过对所述数据进行处理，可以得到地下空间激光3D成像信息，磁力计用于测量激光发射接收器的方位信息，可以对激光发射接收器的水平和竖直起始位置进行校准，以实现及时修正。作为技术方案的改进，所述第一步进电机3和第二步进电机4均设置于铝盒子内。作为技术方案的改进，上位机8上设置有显示屏，可以显示激光发射接收器6的方位信息，所述显示屏上还设置有复位键，用于控制第一步进电机3及第二步进电机4的复位。本专利技术还提供了一种地下空间激光3D成像方法，利用上述地下空间激光3D成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下空间激光3D成像装置，其特征在于，包括：竖直伸缩杆(1)、控制盒(2)、第一步进电机(3)、第二步进电机(4)、摇臂(5)、激光发射接收器(6)、磁力计(7)和上位机(8)，其中，控制盒(2)连接于竖直伸缩杆(1)的下端，控制盒(2)内设置有控制器(21)，第一步进电机(3)连接于控制盒(2)的下端，其输出轴竖直向下设置，第二步进电机(4)设置于第一步进电机(3)的下部且与第一步进电机(3)的输出轴连接，可在第一步进电机(3)的输出轴的带动下旋转，第二步进电机(4)的输出轴水平设置于其左右两侧且与摇臂(5)连接，用于带动摇臂(5)在竖直方向上转动，激光发射接收器(6)固定连接于摇臂(5)的下部，磁力计(7)与激光发射接收器(6)固定连接，控制器(21)分别与第一步进电机(3)、第二步进电机(4)、激光发射接收器(6)和磁力计(7)连接，用于控制第一步进电机(3)、第二步进电机(4)的启停、接收激光发射接收器(6)和磁力计(7)采集的距离和磁感应信息，上位机(8)与控制器(21)连接，用于向控制器(21)发送控制信号及接收控制器(21)发送来的数据信息并进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种地下空间激光3D成像装置，其特征在于，包括：竖直伸缩杆(1)、控制盒(2)、第一步进电机(3)、第二步进电机(4)、摇臂(5)、激光发射接收器(6)、磁力计(7)和上位机(8)，其中，控制盒(2)连接于竖直伸缩杆(1)的下端，控制盒(2)内设置有控制器(21)，第一步进电机(3)连接于控制盒(2)的下端，其输出轴竖直向下设置，第二步进电机(4)设置于第一步进电机(3)的下部且与第一步进电机(3)的输出轴连接，可在第一步进电机(3)的输出轴的带动下旋转，第二步进电机(4)的输出轴水平设置于其左右两侧且与摇臂(5)连接，用于带动摇臂(5)在竖直方向上转动，激光发射接收器(6)固定连接于摇臂(5)的下部，磁力计(7)与激光发射接收器(6)固定连接，控制器(21)分别与第一步进电机(3)、第二步进电机(4)、激光发射接收器(6)和磁力计(7)连接，用于控制第一步进电机(3)、第二步进电机(4)的启停、接收激光发射接收器(6)和磁力计(7)采集的距离和磁感应信息，上位机(8)与控制器(21)连接，用于向控制器(21)发送控制信号及接收控制器(21)发送来的数据信息并进行处理。2.按照权利要求1所述的地下空间激光3D成像装置，其特征在于：所述第一步进电机(3)和第二步进电机(4)均设置于铝盒子内。3.按照权利要求1所述的地下空间激光3D成像装置，其特征在于：上位机(8)上设置有显示屏，可以显示激光发射接收器(6)的方位信息，所述显示屏上还设置有复位键，用于控制第一步进电机(3)及第二步进电机(4)的复位。4.一种地下空间激光3D成像方法，利用如权利要求1至3中任一项所述的地下空间激光3D成像装置，其特征在于，包括如下步骤：(1)、通过竖直伸缩杆将...

【专利技术属性】
技术研发人员：段清明，郭宁，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22