一种基于双目视觉和激光扫描的三维信息获取装置的制作方法

本实用新型涉及激光扫描领域，具体涉及一种基于双目视觉和激光扫描的三维信息获取装置。

背景技术：

机器人技术的快速发展，使机器人的应用从传统的固定目标高精度重复作业扩展到操作对象可变和操作对象位置可变的柔性作业，机器人迫切需要机器视觉的配合以得到操作对象的三维信息。

现有技术中，采用激光和摄像机获取物体三维信息的装置，要么装置不动、物体移动，要么装置移动、物体不动。相对移动的三维信息装置或物体，在运动中有误差，导致生成的图像也会有误差，影响检测精度。另外，目前的双目立体视觉对没有纹理或纹理很弱、边界模糊的物体无法可靠稳定的提取目标的三维信息。

现有的物体三维信息获取装置存在如下不足：一、激光器在运行过程中是摆动的，导致激光器后面出线容易被损坏，影响激光输出的稳定性；二、为了增大扫描范围，扫描机构尺寸过大，无法安装在双目视觉系统内部。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本实用新型的主要目的是提供一种基于双目视觉和激光扫描的三维信息获取装置，采用激光器固定，利用激光反射组件将激光线反射，可以解决现有技术激光器旋转方案中尾部接线易松动、激光信号不稳定、激光器尺寸过大、控制精度低的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以解决。

一种基于双目视觉和激光扫描的三维信息获取装置，包括：固定架，固定架上设置有左摄像头和右摄像头，左摄像头和右摄像头的中间设置有反射式激光扫描机构；固定架上设置有视觉处理模块；视觉处理模块与左摄像头、右摄像头、反射式激光扫描机构电连接。

进一步的，视觉处理模块控制左摄像头、右摄像头启动并对获取的激光图像分析处理以得到目标物体的三维信息。

进一步的，反射式激光扫描机构包含固定板，固定板上设置有激光器；激光器的激光发射方向设置有激光反射组件；激光反射组件包含反射镜托板，反射镜托板靠近激光器的一侧安装有反射镜；

固定板上设置有旋转驱动组件，旋转驱动组件驱动反射镜托板旋转，带动反射镜旋转；

固定板上设置有绝对值编码器，绝对值编码器用于获取旋转驱动组件输出轴的角速度；

固定板上设置有控制板，绝对值编码器、激光器、旋转驱动组件均与控制板电连接，控制板与视觉处理模块电连接，控制板获取编码器采集的信号并控制旋转驱动组件启动或停止。

进一步的，激光器为一字线激光器，一字线激光器的激光发射口平行于旋转驱动组件的输出轴。

进一步的，激光器的激光射出方向为x轴正方向，反射镜的旋转范围为-63.75°至-26.25°。

进一步的，激光器的激光穿过旋转驱动组件输出轴的中轴线，反射镜的反射面穿过旋转驱动组件输出轴的中轴线。

进一步的，旋转驱动组件包含齿轮减速机和步进电机；齿轮减速机固定于固定板上，步进电机的输出轴连接减速机的输入轴，齿轮减速机的输出轴连接反射镜托板。

进一步的，反射式激光扫描机构还包括激光器座，激光器座固定连接于固定板上，激光器座上开设有激光器安装孔和紧固螺孔，激光器穿入激光器安装孔并通过紧定螺钉紧固。

进一步的，反射式激光扫描机构还包括保护壳，保护壳上设置有透明视窗。

本实用新型技术方案的反射式激光扫描机构相对于现有技术而言，具有激光输出稳定、机构整体尺寸小、扫描范围大、激光控制精度高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型基于双目视觉和激光扫描的三维信息获取装置一种实施例的立体示意图；

图2为本实用新型基于双目视觉和激光扫描的三维信息获取装置一种实施例的立体分解示意图；

图3为反射式激光扫描机构一种实施例的立体示意图；

图4为图3反射式激光扫描机构除去保护壳的分解示意图；

图5为反射镜处于左旋终止位置时的激光反射光路图；

图6为反射光线竖直向下时的激光反射光路；

图7为反射镜处于右旋终止位置时的激光反射光路图。

在以上图中：

1固定架；2左摄像头；3右摄像头；

4反射式激光扫描机构；401固定板；402激光器；403反射镜托板；404反射镜；405绝对值编码器；406控制板；407步进电机；408齿轮减速机；409激光器座；4010保护壳；4011透明视窗；5视觉处理模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。

现有技术中，激光扫描装置大多采用激光器旋转扫描，其尾部接线容易松动，导致扫描信号不稳定，另外激光器旋转扫描的过程中，激光器旋转角度与扫描角度相等，因此，如果要扫描较大角度范围，激光器的旋转范围也较大，比较占空间，在一些对空间尺寸要求高的地方不能适用。

参考图1和图2，一种基于双目视觉和激光扫描的三维信息获取装置，包括：固定架1，所述固定架1上设置有左摄像头2和右摄像头3，所述左摄像头2和右摄像头3的中间设置有反射式激光扫描机构4；所述固定架1上设置有视觉处理模块5；所述视觉处理模块5与所述左摄像头2、右摄像头3、反射式激光扫描机构4电连接。

以上实施例中，在左摄像头2和右摄像头3的中间设置反射式激光扫描机构4。反射式激光扫描机构4采用激光器402固定，反射镜404旋转将激光反射的原理。左摄像头2、右摄像头3用于采集激光的图像，视觉处理模块5用于对获取的激光图像分析处理并得到目标物体的三维信息。反射式激光扫描机构4具有以下优点，第一，激光器402固定，其尾部接线稳定，能输出稳定的激光；第二、根据光的反射定律，入射光线保持不变，平面镜旋转a°，反射光线向相同方向旋转2a°。因此，在相同的扫描角度下，采用反射式激光扫描机构4，其旋转机构的旋转角度是原有的激光器402旋转角度的一半。因此，采用反射式激光扫描机构4，其尺寸更小，扫描范围更广。

基于双目视觉和激光扫描的三维信息获取装置的工作原理如下：视觉处理系统控制反射式激光扫描机构4向目标物体上扫描出数条激光线，同时控制左摄像头2、右摄像头3采集投射到目标物体上各条激光线上各个点的坐标，左摄像头2、右摄像头3再将采集的数据经过转换，传输到视觉处理系统进行差值计算和处理，输出目标物体的三维坐标数据，形成目标物体的三维立体图形。

进一步的，所述视觉处理模块5控制左摄像头2、右摄像头3启动并对获取的激光图像分析处理以得到目标物体的三维信息。

进一步的，所述反射式激光扫描机构4包含固定板401，所述固定板401上设置有激光器402；所述激光器402的激光发射方向设置有激光反射组件；所述激光反射组件包含反射镜托板403，所述反射镜托板403靠近激光器402的一侧安装有反射镜404；所述固定板401上设置有旋转驱动组件，所述旋转驱动组件驱动所述反射镜托板403旋转，带动所述反射镜404旋转；所述固定板401上设置有绝对值编码器405，所述绝对值编码器405用于获取旋转驱动组件输出轴的角速度；所述固定板401上设置有控制板406，所述绝对值编码器405、激光器402、旋转驱动组件均与控制板406电连接，所述控制板406与所述视觉处理模块5电连接，所述控制板406获取编码器采集的信号并控制旋转驱动组件启动或停止。

绝对编码器由机械位置确定编码，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这种编码器的抗干扰特性、数据的可靠性高。

进一步的，所述激光器402为一字线激光器402，所述一字线激光器402的激光发射口平行于所述旋转驱动组件的输出轴。以上实施例中优选一字线激光器402，实际中，根据实际需求还可以是其他形式的激光。

进一步的，本实施例中，具体以平面坐标系为例，所述激光器402的激光射出方向为x轴正方向，所述反射镜404的旋转范围为-63.75°至-127.5°。

参考图5，当反射镜4处于-63.75°时，反射光线为-127.5°。

参考图6，当反射镜4处于-45°时，反射光线为-90°。

参考图7，当反射镜4处于-26.25°时，反射光线为-52.5°。

反射镜4的旋转范围为37.5°，反射光线扫描的范围为75°。

进一步的，参考图5、图6和图7，所述激光器402的激光穿过所述旋转驱动组件输出轴的中轴线，所述反射镜404的反射面穿过所述旋转驱动组件输出轴的中轴线。

以上实施例中，优选方案为：激光线穿过旋转驱动组件输出轴的中轴线，且反射镜404的反射面穿过旋转驱动组件输出轴的中轴线。该方案结构简单、运算最方便。

进一步的，所述旋转驱动组件包含齿轮减速机408和步进电机407；所述齿轮减速机408固定于所述固定板401上，步进电机407的输出轴连接减速机的输入轴，齿轮减速机408的输出轴连接所述反射镜托板403。

以上实施例中，优选齿轮减速机408和步进电机407。步进电机407是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机407按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

进一步的，所述反射式激光扫描机构4还包括激光器座409，所述激光器座409固定连接于所述固定板401上，所述激光器座409上开设有激光器安装孔和紧固螺孔，所述激光器402穿入所述激光器安装孔并通过紧定螺钉紧固。

激光器座409采用导热、散热性能良好的材料制作，一方面对激光器402进行固定，另一方面利于激光器402产生的热量及时散失。

进一步的，所述反射式激光扫描机构4还包括保护壳4010，所述保护壳4010上设置有透明视窗4011，所述透明视窗4011用于透射反射的激光。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本发明的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。