激光掃描車身坐標測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

隨著汽車的普及和維修業(yè)的不斷發(fā)展,人們對汽車車身在維修中的檢測系統(tǒng)提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的機械式測量系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代汽車測量和維修檢測的要求。在國外,意大利的Spanesi公司、瑞典的Caroliner公司開發(fā)的車身電子測量系統(tǒng)在測量精度、操作性方面雖有一定的優(yōu)勢,然而它們不能進行同時多點測量,已不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車維修業(yè)對檢測技術(shù)的要求。利用激光掃描技術(shù)可實現(xiàn)對車身三維尺寸的測量,滿足了現(xiàn)代汽車維修業(yè)對檢測技術(shù)的新要求。對于激光掃描測量的方法,國內(nèi)還鮮有相關(guān)的報道[1-2]。
　基于合作靶標的激光掃描車身坐標測量系統(tǒng)，是運用四光束激光掃描測量原理，綜合運用激光、光電、精密測量等技術(shù)進行非接觸二維或者三維坐標測量的檢測系統(tǒng)。它具有非接觸測量、不易損傷表面、結(jié)構(gòu)簡單、測量距離大、測量點小、抗干擾性強、速度快、實時性好、精度高、能同時進行多點測量等特點。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車維修業(yè)，通過測量保證維修后的事故車車身狀況達到原車出廠時的技術(shù)要求。本文對激光掃描車身坐標測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理部分作了詳細介紹。
1 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，檢測系統(tǒng)由特征靶標、連接頭、電機掃描裝置、激光器及其驅(qū)動電路、光路轉(zhuǎn)折系統(tǒng)、霍爾傳感器、光電轉(zhuǎn)換及信號預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集與AVR處理及上位機組成。每個電機掃描裝置由電機及其驅(qū)動電路、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，電機帶動平面鏡旋轉(zhuǎn)，當掃描激光束經(jīng)由旋轉(zhuǎn)的平面鏡反射到特征靶標上時,由于特征靶標上面貼有原向回歸反射膜，投射光束經(jīng)過反射膜反射后按原光路返回，激光束經(jīng)過靶標反射后經(jīng)由平面鏡反射至激光轉(zhuǎn)折光路中；經(jīng)兩個平行的45°角平面鏡反射后，光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換及預(yù)處理進入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，和霍爾傳感器產(chǎn)生的電機旋轉(zhuǎn)同步脈沖信號一起控制數(shù)據(jù)采集電路，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到初步的測量點在傳感器系統(tǒng)內(nèi)的三維坐標后，送入上位機。計算機把送來的數(shù)據(jù)進行計算及坐標變換得出車身三維坐標測量結(jié)果，并進行顯示或打印輸出。

2 CPLD信號邏輯處理
　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傳感器的信號，然后將信號經(jīng)4個緩存器緩存后傳送給單片機；單片機結(jié)合軟件實現(xiàn)對靶標的識別、三維坐標計算，通過串行通信與上位機連接，接收上位機的命令并將處理后的數(shù)據(jù)送入上位機打印顯示[3-4]。其中傳感器的信號總共有6路，包括4路由光電模塊采集進來的光電信號和2路霍爾信號。邏輯控制電路選用CPLD，緩存器選用FIFO芯片，單片機選用ATmega128型AVR單片機。