激光掃描車身坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著汽車的普及和維修業(yè)的不斷發(fā)展,人們對(duì)汽車車身在維修中的檢測(cè)系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求。傳統(tǒng)的機(jī)械式測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代汽車測(cè)量和維修檢測(cè)的要求。在國(guó)外,意大利的Spanesi公司、瑞典的Caroliner公司開(kāi)發(fā)的車身電子測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)量精度、操作性方面雖有一定的優(yōu)勢(shì),然而它們不能進(jìn)行同時(shí)多點(diǎn)測(cè)量,已不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車維修業(yè)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的要求。利用激光掃描技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)車身三維尺寸的測(cè)量,滿足了現(xiàn)代汽車維修業(yè)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的新要求。對(duì)于激光掃描測(cè)量的方法,國(guó)內(nèi)還鮮有相關(guān)的報(bào)道[1-2]。
　基于合作靶標(biāo)的激光掃描車身坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，是運(yùn)用四光束激光掃描測(cè)量原理，綜合運(yùn)用激光、光電、精密測(cè)量等技術(shù)進(jìn)行非接觸二維或者三維坐標(biāo)測(cè)量的檢測(cè)系統(tǒng)。它具有非接觸測(cè)量、不易損傷表面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量距離大、測(cè)量點(diǎn)小、抗干擾性強(qiáng)、速度快、實(shí)時(shí)性好、精度高、能同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量等特點(diǎn)。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車維修業(yè)，通過(guò)測(cè)量保證維修后的事故車車身狀況達(dá)到原車出廠時(shí)的技術(shù)要求。本文對(duì)激光掃描車身坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理部分作了詳細(xì)介紹。
1 測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，檢測(cè)系統(tǒng)由特征靶標(biāo)、連接頭、電機(jī)掃描裝置、激光器及其驅(qū)動(dòng)電路、光路轉(zhuǎn)折系統(tǒng)、霍爾傳感器、光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集與AVR處理及上位機(jī)組成。每個(gè)電機(jī)掃描裝置由電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路、反射鏡、反射鏡固定托盤和安裝于反射鏡固定盤側(cè)面的小磁鐵組成。工作時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)平面鏡旋轉(zhuǎn)，當(dāng)掃描激光束經(jīng)由旋轉(zhuǎn)的平面鏡反射到特征靶標(biāo)上時(shí),由于特征靶標(biāo)上面貼有原向回歸反射膜，投射光束經(jīng)過(guò)反射膜反射后按原光路返回，激光束經(jīng)過(guò)靶標(biāo)反射后經(jīng)由平面鏡反射至激光轉(zhuǎn)折光路中；經(jīng)兩個(gè)平行的45°角平面鏡反射后，光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換及預(yù)處理進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，和霍爾傳感器產(chǎn)生的電機(jī)旋轉(zhuǎn)同步脈沖信號(hào)一起控制數(shù)據(jù)采集電路，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到初步的測(cè)量點(diǎn)在傳感器系統(tǒng)內(nèi)的三維坐標(biāo)后，送入上位機(jī)。計(jì)算機(jī)把送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算及坐標(biāo)變換得出車身三維坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果，并進(jìn)行顯示或打印輸出。

2 CPLD信號(hào)邏輯處理
　數(shù)據(jù)采集與處理電路包括邏輯控制電路、緩存器電路、單片機(jī)接口電路等。它們的關(guān)系結(jié)構(gòu)如圖2所示。邏輯控制電路采集各個(gè)傳感器的信號(hào)，然后將信號(hào)經(jīng)4個(gè)緩存器緩存后傳送給單片機(jī)；單片機(jī)結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)靶標(biāo)的識(shí)別、三維坐標(biāo)計(jì)算，通過(guò)串行通信與上位機(jī)連接，接收上位機(jī)的命令并將處理后的數(shù)據(jù)送入上位機(jī)打印顯示[3-4]。其中傳感器的信號(hào)總共有6路，包括4路由光電模塊采集進(jìn)來(lái)的光電信號(hào)和2路霍爾信號(hào)。邏輯控制電路選用CPLD，緩存器選用FIFO芯片，單片機(jī)選用ATmega128型AVR單片機(jī)。