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物体运动轨迹测量系统的制作方法
【专利摘要】一种物体运动轨迹测量系统，包括：底座；激光扫描仪组件，固定安装在所述底座上；多组反射镜组件，布置成每相邻两组反射镜组件的反射镜紧密地靠接在一起，并按照一定的设定排列、固定在所述底座上，其中，所述多组反射镜组件形成半包围所述激光扫描仪组件的结构，并且能够将所示激光扫描仪组件发出的光信号反射到所设定的范围内。根据上述系统，由于使用多组反射镜组件配合激光扫描仪构成扫描系统，所述扫描系统的扫描频率当于单个激光扫描仪扫描频率的若干倍，大大提高了对高速目标的轨迹捕捉能力。同时，本发明的结构简单，加工装配容易，并且在使用时可以很快进行安装和测量。
【专利说明】物体运动轨迹测量系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学测量系统，特别是涉及一种用于测量高速运动物体的运动轨迹的物体运动轨迹测量系统。
【背景技术】
[0002]运动轨迹是最重要的物体运动信息之一，通过运动轨迹可以很好地分析物体的运动规律，还可以计算出其他的运动信息，如速度、加速度等。目前，测量物体的运动轨迹可以利用摄像机对物体进行观察，并测量出物体(人体)的运动轨迹，在监控系统、体育运动分析系统中是重要的分析手段。
[0003]三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。
[0004]目前对于速度比较快的运动物体的运动轨迹，使用激光扫描仪进行测量是比较常用的一种手段。但是由于激光扫描仪的扫描频率等的限制，使得单独使用一台激光扫描仪不能达到测量运动轨迹的效果，所以使用多台激光扫描仪进行测量，但是使用多台激光扫描仪，其协同测量精度低，系统复杂，不适用，同时对于高速运动的物体，由于物体运动速度很快，即使使用多台激光扫描仪也很难测量到其运动轨迹，并且即使测量到运动轨迹，其精确度不能达到预期的效果。

【发明内容】

[0005]本发明就是为解决上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种用于测量高速运动的物体的运动轨迹的物体运动轨迹测量系统。该系统结构简单，并且安装容易，使用多组反射镜组件相当于对激光扫描仪所发出的光信号扫描频率进行频率放大，使得可以在测量范围内测量更高速度运动的物体的轨迹。
[0006]本发明提供一种物体运动轨迹测量系统，其中，包括:底座；激光扫描仪组件，固定安装在所述底座上；多组反射镜组件，布置成每相邻两组反射镜组件的反射镜紧密地靠接在一起，并按照一定的设定排列、固定在所述底座上，所述多组反射镜组件形成半包围所述激光扫描仪组件的结构，每一组反射镜组件都能够将同一段物体运动轨迹完整的反射至激光扫描仪组件，按照预定频率对多组反射镜组件进行扫描，以获得被测物体运动时投射在多组反射镜组件中的镜像信息。
[0007]所述的物体运动轨迹测量系统，其中，所述激光扫描仪组件包括激光扫描仪、竖直方向的支杆和水平方向的固定架，所述支杆和所述固定架固定连接在一起，所述激光扫描仪固定在所述支杆上，并且能够沿着所述支杆竖直地移动，所述固定架固定在所述底座上。
[0008]所述的物体运动轨迹测量系统，其中，所述多组反射镜组件设置在底座上，所述多组反射镜组件布置成半包围激光扫描仪组件的形式，且多组反射镜组件关于设定的一竖直平面对称分布，使该平面两侧的反射镜组件位置对称、数量相同；所述激光扫描仪朝向所述反射镜组件，且所述激光扫描仪的竖直中间面与多组反射镜组件的所述竖直平面重合。
[0009]所述的物体运动轨迹测量系统，其中，所述支杆设置成能够沿着所述固定架的方向水平移动，以便调节激光扫描仪镜头的水平中间面与反射镜组件中反射镜的水平中间面重合。
[0010]所述的物体运动轨迹测量系统，其中，所述反射镜组件包括:支撑座，固定在所述底座上；水平转台，安装在所述支撑座的顶部，用于调节反射镜组件的方位角；连接架，固定在所述水平转台的顶部；连接板，竖直地固定在所述连接架上；角位台，固定在所述连接板上，用于调节反射镜的俯仰角；固定板，固定在所述角位台的与所述连接板相反的一侧；反射镜，固定在所述固定板上，用于反射所述激光扫描仪发射的激光束。
[0011]所述的物体运动轨迹测量系统，其中，还包括在所述被测物体运动轨迹范围内设置的运动轨迹模拟架，用于模拟所述物体的大致的运动轨迹，以调节所述多组反射镜组件的位置，该运动轨迹模拟架包括多个主体支架以及多个横杆，所述多个主体支架能够在竖直方向调节高度，所述横杆安装在两个所述主体支架之间，多个所述横杆处于同一直线上。
[0012]所述的物体运动轨迹测量系统，其中，所述多组反射镜组件布置在所述激光扫描仪的视场范围内。
[0013]所述的物体运动轨迹测量系统，其中，所述多组反射镜组件的所述反射镜的宽度设计为相等或者不相等。
[0014]根据上述系统，由于使用多组反射镜组件配合激光扫描仪构成扫描系统，所述扫描系统的扫描频率相当于单个激光扫描仪扫描频率的若干倍，大大提高了对高速目标的轨迹捕捉能力。同时，本发明的结构简单，加工装配容易，并且在使用时可以很快进行安装和测量。
【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1是本发明的物体运动轨迹测量系统的结构示意图。
[0016]图2是本发明的物体运动轨迹测量系统的激光扫描仪组件的示意图。
[0017]图3是本发明的物体运动轨迹测量系统的反射镜组件的示意图。
[0018]图4是本发明的物体运动轨迹测量系统的模拟架的结构示意图。
[0019]图5是本发明的一个实施例的物体运动轨迹测量系统布局的示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面将参考附图来描述本发明所述的体运动轨迹测量系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，相同的附图标记表示相同或相似的部分。
[0021]图1是表示本发明的物体运动轨迹测量系统的俯视图。
[0022]如图1所述，本发明所述的物体运动轨迹测量系统包括:底座100、激光扫描仪组件200和多组反射镜组件300。
[0023]其中，底座100用于支撑激光扫描仪组件200、多组反射镜组件300等构件。在本实施例中，该底座100可以使用光学平台，其上具有螺纹孔可以用螺钉固定其他构件。在本发明的另一个实施例中，底座100可以由几块等高的光学平台组成，在每块光学平台上方放置前述构件。
[0024]图2是本发明的物体运动轨迹测量系统的激光扫描仪组件示意图。如图2所示，激光扫描仪组件包括激光扫描仪210、背板211、竖直支杆212和水平固定架213。
[0025]激光扫描仪210可以使用常用的激光扫描仪，在本发明的实施例中，可以使用视场为190度的激光扫描仪。激光扫描仪210使用螺钉固定在背板211上，竖直支杆212具有沿竖直方向的凹槽，使用螺钉将背板211固定在凹槽中，使得背板可以沿着竖直支杆212的凹槽竖直地上下移动，水平固定架213固定在底座100上，竖直支杆212固定在水平固定架213上，水平固定架213可以是两个长方体的组块，这样可以将竖直支杆212固定夹在两个组块之间，使得竖直支杆212不会倾斜，同时水平固定架213上也可以具有沿水平方向的凹槽，使得竖直支杆212可以固定地在水平固定架213的两个组块之间水平地移动。
[0026]图3是表示本发明涉及的物体运动轨迹测量系统的反射镜组件的示意图。如图3所示，反射镜组件300包括支撑座310、水平转台320、连接架330、连接板340、角位台350、固定板360、压块370、软木条380以及反射镜390。
[0027]支撑座310固定在底座100上，用于支撑水平转台320、连接架330、连接板340、角位台350、固定板360、压块370、软木条380以及反射镜390等构件。在本实施例中，支撑座310可以使用螺钉固定在底座100上。水平转台320固定在支撑座310上，用于调节反射镜390的方位角。连接架330固定在水平旋转台320的上方，连接架330的上端固定连接板340。连接板340为平板结构，用于固定角位台350，角位台350可以调节反射镜390的俯仰角。固定板360固定在角位台350上，用于固定压块370。压块370固定在固定板360上，用于压紧反射镜390。软木条380置于压块370与反射镜390之间，防止压块370损伤反射镜390。
[0028]在本实施例中，所示反射镜是全反射平面镜，并且每组反射镜组件的反射镜的宽度根据具体的需要设定。
[0029]反射镜组件300布置在激光扫描仪210的视场范围内，并且多组反射镜组件300布置成半包围所述激光扫描仪组件200的形式，并且能够将所述激光扫描仪210发出的激光束反射到所设定的被测物体运动轨迹范围内。同时相邻的反射镜组件300互相接触，使得相邻的反射镜组件300之间没有缝隙存在，以防止产生的缝隙造成扫描信号的干扰。
[0030]图4是本发明的物体运动轨迹测量系统的运动轨迹模拟架的示意图。如图4所示，所述物体运动轨迹测量系统还包括运动轨迹模拟架400,运动轨迹模拟架400包括多个主体支架410以及多个横杆420。
[0031 ] 其中，所述多个支架410可以在竖直方向调节高度，所述横杆420安装在两个所述主体支架410之间，多个所述横杆420处于同一直线上。
[0032]在使用运动轨迹模拟架时，首先确定被测物体运动轨迹的范围，然后在被测物体运动轨迹的范围内放置运动轨迹模拟架400，使得所述运动轨迹模拟架400的高度是所述物体运动的大致高度。
[0033]然后将所述运动轨迹模拟架400模拟作为所述物体的运动轨迹，在底座100上放置激光扫描仪组件200和多组反射镜组件300，使得激光扫描仪组件200的激光扫描仪210发出的激光束经过多组反射镜组件300反射后正好照射到所述运动轨迹模拟架400上，并且使得所有反射的激光束照射到运动轨迹模拟架400上的设定的范围内。
[0034]以下具体描述本发明的物体运动轨迹的测量系统的安装与调节的过程。
[0035]图5是本发明的一个实施例的物体运动轨迹测量系统布局的示意图。
[0036]从左到右依次为第一面反射镜至第十二面反射镜，标号依次为I至12，点A，B，…，M分别为个反射镜的边缘，点O为激光扫描仪所在位置，PQ被测目标的运动轨迹的所要测量的一段，即为运动轨迹模拟架400上所设定的范围。
[0037]在本实施例中，所述多组反射镜组件300设置在底座100上，所述多组反射镜组件300布置成半包围激光扫描仪组件200的形式，且多组反射镜组件关于底座上假想设定的一竖直平面对称分布，即该平面两侧的反射镜组件位置对称、数量相同；所述激光扫描仪210朝向所述反射镜组件300，且所述激光扫描仪210的竖直中间面与多组反射镜组件的竖直对称平面重合。
[0038]本实施例中，激光扫描仪210的视场是190度,激光扫描仪工作过程是,扫描光束从其起始位置沿水平方向扫过190度为一个周期，同理，然后进入下一周期，再从起始位置沿水平方向扫过190度，所述起始位置是指视场的一个边缘位置。由于本实施例的反射镜组件300的数量是使用12组，把激光扫描仪的视场平均分成12份，每一份的角度大约是16度，即每个反射镜的两个边缘与激光扫描仪连线的夹角为16度。[0039]以激光扫描仪210的视场角的角平分线OG为对称轴，两边各放置6组反射镜组件，两边的反射镜组件关于直线OG对称放置。由于激光扫描仪的扫描是利用一个光束以一定速度和频率在视场范围扫过，为了使激光扫描仪发出的激光束能够有效地照射到反射镜上，应调整激光扫描仪镜头中心线与反射镜中心位于同一水平面上。
[0040]被测目标的运动轨迹大概在PQ处，调整系统中激光扫描仪和各个反射镜组件的位置，使在PQ范围内运动的物体在扫描仪的视场范围之内。将一台激光发射器放置在O点位置，并将所述激光发射器放置在方位转台上，调整第一个反射镜组件，使得当激光发射器的光照射到反射镜I的边沿A时，反射光刚好照射到P点，继续调整第一个反射镜组件，使得当激光发射器的光照射到反射镜I的边沿B时，反射光刚好照射到Q点；接着调整第二个反射镜组件，使得当激光发射器的光照射到反射镜2的边沿B时，反射光刚好照射到P点，继续调整第二个反射镜组件，使得当激光发射器的光照射到反射镜2的边沿C时，反射光刚好照射到Q点；同理调整好所有的反射镜组件。撤走激光发射器以及所述方位转台，将激光扫描仪放置在激光发射器所在位置O点，且正面朝向点G。这样，在视场范围为PQ内运动的物体都在激光扫描仪的视场内。
[0041 ] 激光扫描仪工作时，从A点扫描到M点的过程,相当于对PQ段的范围扫描了 12次，即相当于将激光扫描仪的扫描频率变成了原来的12倍，大大提高了对高速目标的轨迹捕捉能力。
[0042]在本实施例中，激光扫描仪的位置点O与PQ的垂直距离设置为1591mm，线段PQ长设置688mm，通过理论计算，第一面反射镜至第十二面反射镜的宽度(单位均为mm)分别为:200,158.75,131.85,114.77,104.69、100、100、104.69,114.77,131.85,158.75、200。
[0043]上述实施例中采用的是十二个反射镜组件，但反射镜组件的数量并不限于此，可以根据测试需要，合理的设置反射镜组件的数量。同时本发明的反射镜组件的数量不但可以是偶数个，也可以是奇数个，当设置奇数个反射镜组件时，多组反射镜组件也是关于底座上设定的竖直平面对称分布，该平面两侧的反射镜组件位置对称、数量相同，相邻的两个反射镜的相邻边紧密地靠在一起，而位于多组反射镜组件中间的那组反射镜组件的反射镜是与所述竖直平面垂直的。
[0044]根据上述系统，由于使用多组反射镜组件配合激光扫描仪构成扫描系统，所述扫描系统的扫描频率当于单个激光扫描仪扫描频率的若干倍，大大提高了对高速目标的轨迹捕捉能力，从而为精确的计算物体运动的轨迹提供更多的信息。所述计算处理方式可包括:通过在激光扫描仪内部设置处理元件对获得的信息进行处理，以获得被测物体运动轨迹；也可以利用技术手段将镜像信息转换为计算机设备能够处理的数字信号，利用与激光扫描仪耦接(例如:有线连接和无线连接)的计算机设备进行处理以获得被测物体的运动轨迹。同时，本发明的结构简单，加工装配容易，并且在使用时可以很快进行安装和测量。
[0045]本领域技术人员应当理解，对于上述发明涉及的体运动轨迹测量系统，还可以在不脱离本
【发明内容】
的基础上做出各种改进和组合。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
【权利要求】
1.一种物体运动轨迹测量系统，其特征在于，包括: 底座； 激光扫描仪组件，固定安装在所述底座上； 多组反射镜组件，布置成每相邻两组反射镜组件的反射镜紧密地靠接在一起，并按照一定的设定排列、固定在所述底座上， 所述多组反射镜组件形成半包围所述激光扫描仪组件的结构，每一组反射镜组件都能够将同一段物体运动轨迹完整的反射至激光扫描仪组件，按照预定频率对多组反射镜组件进行扫描，以获得被测物体运动时投射在多组反射镜组件中的镜像信息。
2.根据权利要求1所述的物体运动轨迹测量系统，其特征在于，所述激光扫描仪组件包括激光扫描仪、竖直方向的支杆和水平方向的固定架，所述支杆和所述固定架固定连接在一起，所述激光扫描仪固定在所述支杆上，并且能够沿着所述支杆竖直地移动，所述固定架固定在所述底座上。
3.如权利要求2所述的物体运动轨迹测量系统，其特征在于，所述多组反射镜组件设置在底座上，所述多组反射镜组件布置成半包围激光扫描仪组件的形式，且多组反射镜组件关于设定的一竖直平面对称分布，使该平面两侧的反射镜组件位置对称、数量相同；所述激光扫描仪朝向所述反射镜组件，且所述激光扫描仪的竖直中间面与多组反射镜组件的所述竖直平面重合。
4.根据权利要求2所述的物体运动轨迹测量系统，其特征在于，所述支杆设置成能够沿着所述固定架的方向水平移动，以便调节激光扫描仪镜头的水平中间面与反射镜组件中反射镜的水平中间面重合。
5.根据权利要求1所述的物体运动轨迹测量系统，其特征在于，所述反射镜组件包括: 支撑座，固定在所述底座上； 水平转台，安装在所述支撑座的顶部，用于调节反射镜组件的方位角； 连接架，固定在所述水平转台的顶部； 连接板，竖直地固定在所述连接架上； 角位台，固定在所述连接板上，用于调节反射镜的俯仰角； 固定板，固定在所述角位台的与所述连接板相反的一侧； 反射镜，固定在所述固定板上，用于反射所述激光扫描仪发射的激光束。
6.根据权利要求1所述的物体运动轨迹测量系统，其特征在于，还包括在所述被测物体运动轨迹范围内设置的运动轨迹模拟架，用于模拟所述物体的大致的运动轨迹，以调节所述多组反射镜组件的位置，该运动轨迹模拟架包括多个主体支架以及多个横杆，所述多个主体支架能够在竖直方向调节高度，所述横杆安装在两个所述主体支架之间，多个所述横杆处于同一直线上。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的物体运动轨迹测量系统，其特征在于， 所述多组反射镜组件布置在所述激光扫描仪的视场范围内。
8.根据权利要求4所述的物体运动轨迹测量系统，其特征在于，所述多组反射镜组件的所述反射镜的宽度设计为相等或者不相等。
【文档编号】G01B11/00GK103743344SQ201410025077
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】曹国华, 吕琼莹, 全亚洲, 刘昆, 聂焱 申请人:长春理工大学