激光掃描車身坐標測量數據采集系統的設計

隨著汽車的普及和維修業的不斷發展,人們對汽車車身在維修中的檢測系統提出了越來越高的要求。傳統的機械式測量系統已經不能滿足現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公司開發的車身電子測量系統在測量精度、操作性方面雖有一定的優勢,然而它們不能進行同時多點測量,已不能適應現代汽車維修業對檢測技術的要求。利用激光掃描技術可實現對車身三維尺寸的測量,滿足了現代汽車維修業對檢測技術的新要求。對于激光掃描測量的方法,國內還鮮有相關的報道[1-2]。
　基于合作靶標的激光掃描車身坐標測量系統，是運用四光束激光掃描測量原理，綜合運用激光、光電、精密測量等技術進行非接觸二維或者三維坐標測量的檢測系統。它具有非接觸測量、不易損傷表面、結構簡單、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。該系統主要應用于汽車維修業，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要求。本文對激光掃描車身坐標測量系統的數據采集與處理部分作了詳細介紹。
1 測量系統結構
　測量系統結構框圖如圖1所示，檢測系統由特征靶標、連接頭、電機掃描裝置、激光器及其驅動電路、光路轉折系統、霍爾傳感器、光電轉換及信號預處理模塊、數據采集與AVR處理及上位機組成。每個電機掃描裝置由電機及其驅動電路、反射鏡、反射鏡固定托盤和安裝于反射鏡固定盤側面的小磁鐵組成。工作時，電機帶動平面鏡旋轉，當掃描激光束經由旋轉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，投射光束經過反射膜反射后按原光路返回，激光束經過靶標反射后經由平面鏡反射至激光轉折光路中；經兩個平行的45°角平面鏡反射后，光信號經過光電轉換及預處理進入數據采集系統，和霍爾傳感器產生的電機旋轉同步脈沖信號一起控制數據采集電路，經過數據處理得到初步的測量點在傳感器系統內的三維坐標后，送入上位機。計算機把送來的數據進行計算及坐標變換得出車身三維坐標測量結果，并進行顯示或打印輸出。

2 CPLD信號邏輯處理
　數據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。它們的關系結構如圖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4個緩存器緩存后傳送給單片機；單片機結合軟件實現對靶標的識別、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據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。