[发明专利]一种二自由度激光扫描方法及中空式数控云台

摘要

本发明公开了一种二自由度激光扫描方法及中空式数控云台，其扫描方法包括步骤：一、扫描目标点设定：在预先设定扫描区域内选取N个地面点作为目标点；二、目标点三维坐标确定：对所选取N个目标点的三维坐标分别进行确定；三、自动扫描；其中空式数控云台包括二自由度云台，二自由度云台包括柜体和安装在柜体上且内部中空的水平旋转平台，激光器安装在柜体内，水平旋转平台内安装有对激光器所发出激光光束进行反射且由俯仰调整机构带动在竖直面上进行上下旋转的反光镜。本发明设计合理、操作简便且实现方便、使用效果好，能解决现有二自由度云台使用时存在的必须在现场进行很复杂、很精密的坐标标定、激光光斑位置计算结果精度较低等问题。

主权项

一种二自由度激光扫描方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、扫描目标点设定：在预先设定的激光器（1）的扫描区域内选取N个地面点作为目标点，其中N≥3；所述激光器（1）安装于二自由度云台上；步骤二、目标点三维坐标确定：对步骤一中所选取N个所述目标点的三维坐标分别进行确定，并根据预先设计的扫描先后顺序对N个所述目标点进行编号，N个所述目标点按照扫描先后顺序由先至后分别为目标点P1、目标点P2、…、目标点PN；其中，N个所述目标点三维坐标的确定方法均相同；对于N个目标点中任一个目标点Pi的三维坐标（xi,yi,zi）进行确定时，先手动调整所述二自由度云台的水平调整机构和俯仰调整机构并使得激光器（1）所发出激光光束投射至目标点Pi上，此时所述水平调整机构的水平转角为ui且所述俯仰调整机构的俯仰角为vi；之后，控制器（2）根据公式 z i = d i · sin u i · sin v i y i = z i - d i · cos v i · cos u i x i = y i + d i · cos u i · sin v i , 计算得出xi、yi和zi；其中，i为正整数且i=1、2、…、N；式中，di为所述激光器（1）所发出激光光束投射至目标点Pi上时的投射距离；所述水平调整机构和所述俯仰调整机构均由控制器（2）进行控制；步骤三、自动扫描，过程如下：步骤301、手动调整至初始扫描位置：手动调整所述二自由度云台的水平调整机构和俯仰调整机构并使得激光器（1）所发出激光光束投射至目标点P1上，此时所述水平调整机构的水平转角为u1且所述俯仰调整机构的俯仰角为v1；步骤302、由目标点Pk自动扫描至目标点Pk+1：待激光器（1）所发出激光光束投射至目标点Pk上时，控制器（2）调用直线插补模块获取由目标点Pk至目标点Pk+1的扫描点运动轨迹，并相应获得该扫描点运动轨迹上 各扫描点的三维坐标；之后，所述控制器（2）将各扫描点的三维坐标均转换为极坐标，并获得与各扫描点的三维坐标对应的极坐标；然后，所述控制器（2）根据与各扫描点的三维坐标对应的极坐标对所述水平调整机构和所述俯仰调整机构进行控制，并相应带动激光器（1）由先至后对该扫描点运动轨迹上各扫描点分别进行扫描，待激光器（1）所发出激光光束投射至目标点Pk+1上时完成由目标点Pk至目标点Pk+1的自动扫描过程；其中，k为正整数且k=1、2、…、N‑1；由目标点Pk至目标点Pk+1进行自动扫描过程中，所述扫描点运动轨迹上前后相邻两个扫描点之间的时间间隔均相同；所述扫描点运动轨迹上所有扫描点的坐标转换方法均相同，对于所述扫描点运动轨迹上任一个扫描点的三维坐标（xm,ym,zm）进行转换时，根据公式 u m = arctan 2 x m - y m y m + x m v m = arctan z m + y m x m 2 + y m 2 + z m 2 , 计算得出激光光束投射至该扫描点时所述水平调整机构的水平转角为um且所述俯仰调整机构的俯仰角为vm，其中（um,vm）为三维坐标（xm,ym,zm）对应的极坐标；步骤303、多次重复步骤302，直至完成由目标点PN‑1至目标点PN的自动扫描过程；步骤304、回复初始扫描位置：控制器（2）根据水平转角u1和俯仰角v1对所述水平调整机构和所述俯仰调整机构进行控制，并使得激光器（1）所发出激光光束投射至目标点P1上；步骤305、返回步骤302，进行下一次扫描。