激光線掃描是線掃描視覺檢測(cè)機(jī)中一種重要的檢測(cè)技術(shù)。它是一種非接觸式、無損測(cè)量技術(shù)，使用3D光學(xué)傳感器以數(shù)字方式捕獲線激光照射后的物體大小和形狀，其基本原理是利用光線空間傳播過程中的光學(xué)反射規(guī)律和相似三角形原理，在接收透鏡的物空間與像空間構(gòu)成相似三角形關(guān)系，同時(shí)利用邊角關(guān)系計(jì)算出待測(cè)位移等相關(guān)參數(shù)。

（一）硬件組成

通常由一個(gè)單線激光器和一個(gè)工業(yè)黑白相機(jī)組成（成一定角度）。當(dāng)激光器發(fā)出的激光束經(jīng)準(zhǔn)直聚焦后垂直入射到物體表面上，表面的散射光由接收透鏡成像于探測(cè)器的陣列上，光敏面與接收透鏡的光軸垂直。當(dāng)被測(cè)物體表面移動(dòng)時(shí)，反應(yīng)到光敏面上像點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生位移，通過相關(guān)的距離、角度等關(guān)系（如接收透鏡到物體的距離、接收后主面到成像面中心的距離等參數(shù)）來進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。

（二）工作流程

光平面標(biāo)定

光平面標(biāo)定是確定光平面在相機(jī)坐標(biāo)系下的位置。標(biāo)定方法是用棋盤格（一種常見的標(biāo)靶）攔截光平面兩次以上，棋盤格的平面位置可以由棋盤格上的角點(diǎn)確定（因?yàn)槠灞P格上的角點(diǎn)之間的距離位置是已知的，相當(dāng)于通過已知2D和3D點(diǎn)對(duì)，通過PnP算法就可以求出外參，點(diǎn)對(duì)足夠多的情況下可以同時(shí)求出內(nèi)參和外參），同樣激光線在棋盤格上的點(diǎn)的3D位置也可以獲得，兩條不共線的線就可以構(gòu)成一個(gè)面，這樣棋盤格截取激光面兩次，就可以獲得光平面在相機(jī)坐標(biāo)。

掃描與數(shù)據(jù)獲取

在工作時(shí)，激光線掃描相機(jī)包含單行像素，其通過逐個(gè)像素線構(gòu)建最終的2D圖像。構(gòu)建線掃描圖像需要相機(jī)與物體之間保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)，例如在物體沿著輸送帶或旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)物體移動(dòng)經(jīng)過相機(jī)面前時(shí)，相機(jī)將采集一個(gè)新的像素線。最終得到物體表面被激光線照射后的相關(guān)數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)點(diǎn)云。

數(shù)據(jù)處理與分析

對(duì)采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如將不同測(cè)站掃描出的點(diǎn)云數(shù)據(jù)（這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)處在不同的坐標(biāo)系下），通過標(biāo)靶（如球形標(biāo)靶和平面標(biāo)靶等，標(biāo)靶的作用是提供明顯、易識(shí)別的公共點(diǎn)）進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)多站拼接等操作，進(jìn)而分析物體的尺寸、形狀等是否符合要求等。

二、激光線掃描在工業(yè)檢測(cè)中的應(yīng)用

（一）精確測(cè)量方面

在制造業(yè)中，激光線掃描被用于進(jìn)行精確的測(cè)量。例如對(duì)于一些工件，可以測(cè)量其直徑大小等尺寸參數(shù)。在測(cè)量前，可能需要先用兩支已知尺寸的量規(guī)作校正，然后所有測(cè)量尺寸若介于這兩個(gè)量規(guī)之間，經(jīng)過計(jì)算即可得到待測(cè)尺寸。并且可以達(dá)到較高的精度，如測(cè)量范圍從0.25mm – 457mm之間時(shí)，精度可達(dá)3um。激光光源為密閉式，較不易受環(huán)境的影響，且容易形成光束，目前常采用低功率激光等，在測(cè)量過程中如果有工件擋住光線，就可以測(cè)知相關(guān)尺寸信息。

（二）檢測(cè)方面

能夠?qū)ιa(chǎn)線上的產(chǎn)品進(jìn)行快速檢測(cè)，判斷產(chǎn)品是否存在缺陷等情況。例如在制造和物流領(lǐng)域的生產(chǎn)線和分銷線中，可以利用線掃描視覺檢測(cè)機(jī)中的激光線掃描技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，它可以快速獲取產(chǎn)品表面的形狀、尺寸等數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而篩選出不合格產(chǎn)品。

三、激光線掃描在3D建模和測(cè)繪中的應(yīng)用

（一）3D建模

激光線掃描技術(shù)被廣泛用于創(chuàng)建物體的三維模型。它可以掃描各種物體，如文物等精細(xì)的物體，通過激光線的移動(dòng)，獲取多條激光線的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)并整合為物體表面點(diǎn)云，進(jìn)而基于這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建出精確的三維模型。這些三維模型可以用于設(shè)計(jì)、分析、仿真和可視化等多種用途。

（二）測(cè)繪

在地形測(cè)繪方面，利用激光線掃描可以獲取地形的三維數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建出地形的三維模型，有助于對(duì)地形地貌進(jìn)行精確的分析和規(guī)劃等。對(duì)于建筑物測(cè)繪也是如此，能夠得到建筑物的精確三維模型，方便建筑設(shè)計(jì)、評(píng)估等工作。