CN105182353A - 一种非接触式激光距离测量仪与测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触式激光距离测量仪与测量方法，属于测量技术领域。一种非接触式激光距离测量仪，包括基座、安装座、投射光源、传动机构、位置传感器和摄像头；基座两端分别对称设有与其滑动连接的安装座；投射光源包括测量激光发射器和定位激光发射器，测量激光发射器固定安装在安装座上，用于发射垂直激光，定位激光发射器固定在转盘；传动机构用于驱动两个安装座作相向地或相背地对称直线移动；位置传感器用于测量两个测量激光发射器发射的两条平行的垂直激光之间的距离；摄像头安装于基座顶部的中央，用于观察整个测量过程。本发明整体体积小，成本低，测量量程大，适用于在工作空间狭小、有毒、辐射等各种场合，应用灵活性好。

Description

一种非接触式激光距离测量仪与测量方法

技术领域

本发明涉及一种距离测量仪，特别涉及一种基非接触式激光距离测量仪。

背景技术

目前，对于平面几何位置与几何尺寸的测量主要有一下几种方式：1)使用游标卡尺、千分尺等量具进行接触式测量；2)使用视频像素测量系统进行光学非接触式测量。

其中，使用游标卡尺、千分尺等量具进行接触式测量的几何位置/几何尺寸测量具有精度高(最小可达0.005mm以下)、测量手段便捷、量具价格便宜等特点。因此被广泛应用于平面位置与几何尺寸的测量中。但是，该测量手段对于操作空间的要求较大，对于一些空间狭小的场合(车辆发动机舱内管线尺寸测量)并不适用。同时，由于进行接触式测量时测量人员必须暴露于工作空间下，因此，在有毒、辐射等危害场合并不适合使用该方法进行测量。同时，测量精度受测量人员的影响较大，测量效率较低。

使用视频像素测量系统进行光学非接触式测量是一种比较新颖的测量方式。该方法通过使用安装特殊非球面镜头的工业用摄像机对被测表面进行视频像素测量。该方法适合在工作空间狭小、有毒、辐射等不适合人员直接进行测量的场合进行平面几何位置/几何尺寸的测量。同时，配合机器人系统与视频测量软件，该方法具有测量效率高与不易受操作人员技术水平影响的优点。但是，传统使用视频测量系统进行光学非接触式测量由于测量方式的限定，在需要到达较高测量精度时，必须使用特殊的高精度非球面测量镜头防止视频测量时发生视频图像畸变。而高精度非球面镜头与工业用摄像机成本极高。故使用该方法的使用主要局限于流水线操作系统与科研等领域，使用灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种一种非接触式激光距离测量仪与测量方法，其体积小，成本低，量程大。

本发明的目的是这样实现的：

一种非接触式激光距离测量仪，包括基座、安装座、投射光源、传动机构、位置传感器和摄像头；

所述基座的前侧面的两端分别对称设有与其滑动连接的安装座；

所述安装座上设有转盘；

所述投射光源包括测量激光发射器和定位激光发射器，所述测量激光发射器固定在转盘外的安装座上，用于发射垂直激光，所述定位激光发射器固定在转盘，转动转盘可使定位激光发射器发射的激光与测量激光发射器发射的激光相交；

所述传动机构安装于基座上位于两个安装座之间，该传动机构分别与两个安装座相连，为两个安装座作相向地或相背地对称直线移动提供动力；

所述位置传感器对应于测量激光发射器的位置固定在安装座，用于测量两个测量激光发射器发射的两条平行的垂直激光之间的距离；

所述摄像头安装于基座顶部的中央，用于观察整个测量过程。

其中，所述转盘上设有刻度，用于测量定位激光发射器的转动角度。

其中，所述传动机构包括微型直流电机、主动齿轮和两条相互平行的被动齿条；

所述微型直流电机驱动主动齿轮转动；

所述两条被动齿条的一端分别啮合于主动齿轮的两侧，另一端分别与两个安装座相连；

所述主动齿轮的转动带动两条被动齿条往相向或相背的方向平移，从而带动两个安装座在基座上滑动。

其中，所述基座的前侧面上设有对应于两条被动齿条的滑槽，所述两条被动齿条分别嵌在两条滑槽内；所述基座的前侧面上还设有对应于主动齿轮并分别与两条滑槽相切的凹台，且该凹台与两条滑槽在相切点相通，所述主动齿轮嵌在该凹台内。

其中，所述位置传感器为磁栅式传感器。

其中，所述基座的上侧面和底面均为横截面呈三角形的凸棱；所述安装座的上下两侧分别设有与基座上的凸棱相对应的扣合连接部。

其中，所述安装座的扣合连接部上设有间隙调节螺栓。

一种非接触式激光距离测量方法，包括如下步骤：

Ⅰ、向被测平面的两侧分别发射呈左右对称的两束相交的激光，其中一对平行激光，另一对激光呈一定角度并分别与一对平行激光相交；

Ⅱ、调整被测平面使两侧的激光交点均落在被测平面上；

Ⅲ、移动一对平行激光，使其分别与被测平面内需要进行几何位置/几何尺寸测量的部分重合；

Ⅳ、测量一对平行激光之间的垂直距离，即为所需测量的几何位置/几何尺寸。

其中，通过视频系统观察整个测量过程。

其中，所述一对平行激光之间的垂直距离通过安装在发射此对平行激光的激光发射器上的磁栅式传感器测量。

本发明的有益效果为：

1)本测量仪整体体积较小，成本较低,测量量程较大；

2)本测量仪适合用于在工作空间狭小、有毒、辐射等不适用传统距离测量系统的场合进行要求测量精度较高的平面几何位置/几何尺寸的测量。

3)本测量方法应用灵活性较好，既可用于单件小批量的平面几何位置/几何尺寸的测量，也可配合机器人系统进行流水线线上测量，具有较高的实用价值。

附图说明

图1为非接触式激光距离测量仪的主视图。

图2为非接触式激光距离测量仪的侧视图。

图3为非接触式激光距离测量仪的仰视图。

图4为基座的主视图。

图5为基座的侧视图。

图6为安装座的主视图。

图7为非接触式激光距离测量仪的实施例图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，一种非接触式激光距离测量仪，包括基座1、投射光源2、传动机构3、位置传感器4、摄像头5和安装座6。

如图4和图5所示，基座1的前侧面上设有两条上下对称且相互平行的滑槽11，基座1的前侧面的中心还设有分别与两条滑槽11相切的凹台12，且该凹台12与两条滑槽11在相切点相通。

在基座1的前侧面的两端分别对称设有与其滑动连接的安装座6。安装座6上设有转盘61，通常是将圆形刻度盘嵌入在安装座6上，使其表面齐平即可。

如图1所示，传动机构3具体包括微型直流电机31、主动齿轮32和两条相互平行的被动齿条33。微型直流电机31用于驱动主动齿轮32转动。主动齿轮32嵌在凹台12内，两条相互平行的被动齿条33分别嵌在两条滑槽11内。两条被动齿条33的一端分别啮合于主动齿轮32的两侧，另一端分别与两个安装座6相连。主动齿轮32的转动带动两条被动齿条33往相向或相背的方向平移，从而带动两个安装座6在基座1上滑动。

如图1和图6所示，投射光源2包括测量激光发射器21和定位激光发射器22。测量激光发射器21固定在转盘61外的安装座6上，用于发射垂直激光。定位激光发射器22固定在转盘61，转动转盘61可使定位激光发射器22发射的激光与测量激光发射器21发射的激光相交。

位置传感器4用于测量两个测量激光发射器21发射的两条平行的垂直激光之间的距离，具体采用磁栅式传感器。如图3所示，将磁栅式传感器中的磁珊分别与两个安装座6的底部相连，将磁头固定安装在其中一个安装座6的底部，对应于测量激光发射器21发射的激光的延长线上，将零位调节螺栓安装在另一个安装座6的底部。

摄像头5安装于基座1顶部的中央，用于观察整个测量过程。为保证摄像头5的视野，具体采用广角摄像头。

为使安装座6和基座1在之间紧密连接，将基座1的上侧面和底面均加工成横截面为三角形的凸棱13，安装座6的上下两侧分别设有与基座1上的凸棱13相对应的扣合连接部62。且在扣合连接部62上设有间隙调节螺栓7，用于调节安装座6与基座1之间的间隙。

使用时，按照实际测量要求将本测量仪安装于夹具上。通常，对于不改变仪器测量位置的平面距离测量(如流水线测量等)，可根据实际情况使用标准固定夹具；而对于需要进行多点多位置的平面距离测量，可使用三自由度或更拥有高自由度的测量云台或测量伺服机器人系统。

按照该测量仪与测量表面的法线距离分别预设定左右双侧的转盘，使双侧的定位激光发射器与测量激光发射器所投射的激光束能够在预定的距离重合。

将广角摄像头与显示器相连，使被测量表面的图像完整清晰地出现在显示器上。通过视频观察，调节被测量表面与广角摄像头中心轴线的几何位置，使左右两侧测量激光发射器与定位激光发射器所投射到被测量表面的激光投影点分别重合。从而保证广角摄像头中心轴线正交于被测量表面，如图7所示。

打开微型直流电机，驱动主动齿轮带动齿条移动，通过齿条的移动带动安装座移动，即两条垂直激光投射点发生改变，直到与被测量平面内需要进行几何位置/几何尺寸测量的部分重合。以上过程均通过视频观察。

最后，读取磁栅式位置传感器测量的距离数值，即为两个测量激光发射器发射的垂直激光的投影点A与投影点B的距离数值，也就是被测几何位置/几何尺寸的数值。

一种非接触式激光距离测量方法，包括如下步骤：

Ⅰ、向被测平面的两侧分别发射呈左右对称的两束相交的激光，其中一对平行激光，另一对激光呈一定角度并分别与一对平行激光相交；

Ⅱ、调整被测平面使两侧的激光交点均落在被测平面上；

Ⅲ、移动一对平行激光，使其分别与被测平面内需要进行几何位置/几何尺寸测量的部分重合；

Ⅳ、通过安装在发射此对平行激光的激光发射器上的磁栅式传感器测量该对平行激光之间的垂直距离，即为所需测量的几何位置/几何尺寸。

以上整个测量过程均通过视频系统观察，具体可通过广角镜头和显示器来进行观察。

Claims (10)

1.一种非接触式激光距离测量仪，包括基座(1)、投射光源(2)、传动机构(3)、位置传感器(4)、摄像头(5)和安装座(6)；

所述基座(1)的前侧面的两端分别对称设有与其滑动连接的安装座(6)；

所述安装座(6)上设有转盘(61)；

所述投射光源(2)包括测量激光发射器(21)和定位激光发射器(22)，所述测量激光发射器(21)固定在转盘(61)外的安装座(6)上，用于发射垂直激光，所述定位激光发射器(22)固定在转盘(61)，转动转盘(61)可使定位激光发射器(22)发射的激光与测量激光发射器(21)发射的激光相交；

所述传动机构(3)安装于基座(1)上位于两个安装座(6)之间，该传动机构(3)分别与两个安装座(6)相连，为两个安装座(6)作相向地或相背地对称直线移动提供动力；

所述位置传感器(4)对应于测量激光发射器(21)的位置固定在安装座(6)，用于测量两个测量激光发射器(21)发射的两条平行的垂直激光之间的距离；

所述摄像头(5)安装于基座(1)顶部的中央，用于观察整个测量过程。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式激光距离测量仪，其特征在于，所述转盘(61)上设有刻度，用于测量定位激光发射器(22)的转动角度。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式激光距离测量仪，其特征在于，所述传动机构(3)包括微型直流电机(31)、主动齿轮(32)和两条相互平行的被动齿条(33)；

所述微型直流电机(31)驱动主动齿轮(32)转动；

所述两条被动齿条(33)的一端分别啮合于主动齿轮(32)的两侧，另一端分别与两个安装座(6)相连；

所述主动齿轮(32)的转动带动两条被动齿条(33)往相向或相背的方向平移，从而带动两个安装座(6)在基座(1)上滑动。

4.根据权利要求3所述的一种非接触式激光距离测量仪，其特征在于，所述基座(1)的前侧面上设有对应于两条被动齿条(33)的滑槽(11)，所述两条被动齿条(33)分别嵌在两条滑槽(11)内；

所述基座(1)的前侧面上还设有对应于主动齿轮(32)并分别与两条滑槽(11)相切的凹台(12)，且该凹台(12)与两条滑槽(11)在相切点相通，所述主动齿轮(32)嵌在该凹台(12)内。

5.根据权利要求1所述的一种非接触式激光距离测量仪，其特征在于，所述位置传感器(4)为磁栅式传感器。

6.根据权利要求1所述的一种非接触式激光距离测量仪，其特征在于，所述基座(1)的上侧面和底面均为横截面呈三角形的凸棱(13)；所述安装座(6)的上下两侧分别设有与基座(1)上的凸棱(13)相对应的扣合连接部(62)。

7.根据权利要求6所述的一种非接触式激光距离测量仪，其特征在于，所述安装座(6)的扣合连接部(62)上设有间隙调节螺栓(7)。

8.一种非接触式激光距离测量方法，包括如下步骤：

Ⅰ、向被测平面的两侧分别发射呈左右对称的两束相交的激光，其中一对平行激光，另一对激光呈一定角度并分别与一对平行激光相交；

Ⅱ、调整被测平面使两侧的激光交点均落在被测平面上；

Ⅲ、移动一对平行激光，使其分别与被测平面内需要进行几何位置/几何尺寸测量的部分重合；

Ⅳ、测量一对平行激光之间的垂直距离，即为所需测量的几何位置/几何尺寸。

9.根据权利要求8所述的一种非接触式激光距离测量方法，其特征在于，通过视频系统观察整个测量过程。

10.根据权利要求8所述的一种非接触式激光距离测量方法，其特征在于，所述一对平行激光之间的垂直距离通过安装在发射此对平行激光的激光发射器上的磁栅式传感器测量。