激光線掃描是線掃描視覺檢測機中一種重要的檢測技術(shù)。它是一種非接觸式、無損測量技術(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，同時利用邊角關(guān)系計算出待測位移等相關(guān)參數(shù)。

（一）硬件組成

通常由一個單線激光器和一個工業(yè)黑白相機組成（成一定角度）。當(dāng)激光器發(fā)出的激光束經(jīng)準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器的陣列上，光敏面與接收透鏡的光軸垂直。當(dāng)被測物體表面移動時，反應(yīng)到光敏面上像點會產(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)）來進行測量計算。

（二）工作流程

光平面標定

光平面標定是確定光平面在相機坐標系下的位置。標定方法是用棋盤格（一種常見的標靶）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確定（因為棋盤格上的角點之間的距離位置是已知的，相當(dāng)于通過已知2D和3D點對，通過PnP算法就可以求出外參，點對足夠多的情況下可以同時求出內(nèi)參和外參），同樣激光線在棋盤格上的點的3D位置也可以獲得，兩條不共線的線就可以構(gòu)成一個面，這樣棋盤格截取激光面兩次，就可以獲得光平面在相機坐標。

掃描與數(shù)據(jù)獲取

在工作時，激光線掃描相機包含單行像素，其通過逐個像素線構(gòu)建最終的2D圖像。構(gòu)建線掃描圖像需要相機與物體之間保持相對運動，例如在物體沿著輸送帶或旋轉(zhuǎn)軸運動時，當(dāng)物體移動經(jīng)過相機面前時，相機將采集一個新的像素線。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)點云。

數(shù)據(jù)處理與分析

對采集到的點云數(shù)據(jù)進行處理，如將不同測站掃描出的點云數(shù)據(jù)（這些點云數(shù)據(jù)處在不同的坐標系下），通過標靶（如球形標靶和平面標靶等，標靶的作用是提供明顯、易識別的公共點）進行坐標轉(zhuǎn)換，將相對坐標轉(zhuǎn)換到同一坐標系下，實現(xiàn)多站拼接等操作，進而分析物體的尺寸、形狀等是否符合要求等。

二、激光線掃描在工業(yè)檢測中的應(yīng)用

（一）精確測量方面

在制造業(yè)中，激光線掃描被用于進行精確的測量。例如對于一些工件，可以測量其直徑大小等尺寸參數(shù)。在測量前，可能需要先用兩支已知尺寸的量規(guī)作校正，然后所有測量尺寸若介于這兩個量規(guī)之間，經(jīng)過計算即可得到待測尺寸。并且可以達到較高的精度，如測量范圍從0.25mm – 457mm之間時，精度可達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，在測量過程中如果有工件擋住光線，就可以測知相關(guān)尺寸信息。

（二）檢測方面

能夠?qū)ιa(chǎn)線上的產(chǎn)品進行快速檢測，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機中的激光線掃描技術(shù)對產(chǎn)品進行實時檢測，它可以快速獲取產(chǎn)品表面的形狀、尺寸等數(shù)據(jù)，與標準數(shù)據(jù)進行對比，從而篩選出不合格產(chǎn)品。

三、激光線掃描在3D建模和測繪中的應(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，如文物等精細的物體，通過激光線的移動，獲取多條激光線的坐標點數(shù)據(jù)并整合為物體表面點云，進而基于這些點云數(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、分析、仿真和可視化等多種用途。

（二）測繪

在地形測繪方面，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，有助于對地形地貌進行精確的分析和規(guī)劃等。對于建筑物測繪也是如此，能夠得到建筑物的精確三維模型，方便建筑設(shè)計、評估等工作。