CN105333867B - 一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法，其具体步骤为：搭建包括：对中测量及无线发送单元（1）、对中显示单元（2）、LED灯（4）、无线接收及显示单元（3）的光学对中装置；对中测量及无线发送单元（1）提供测量数据解析结果，并通过数据接收与发送模块（15）发送对中数据信息；对中显示单元（2）提供光学对中信号的人机界面显示，无线接收及显示单元（3）进行远程显示。本方法避免了许多垂球对中无法解决的问题，而且对中的精度较高，观测速度较快，在要求精确测量的使用环境中，均可采用光学对中测量。本方法能够高效快速的为大型仪器、设备的快速转移、运输等工作提供有利保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学对中测量方法，特别是一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法。
背景技术
对中测量是使测量物体中心和被测物体中心在同一条铅垂线上，是测量工作的一种基本操作方法，目前主要有垂球对中法和光学对中器对中法。垂球对中法是以垂球线作为仪器竖轴的延伸，利用垂球线在地心引力作用下的铅垂性进行测量。采用脚螺丝调平仪器时对垂球尖的位置不产生影响，故不存在所谓的“安平破坏对中”现象。垂球对中法常要受到风力、架面倾斜等多种因素的影响，对中精度低。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法，解决以往垂球对中方法的对中精度和可靠性不高的问题。
一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法，其具体步骤为：
第一步 搭建光学对中装置
光学对中装置包括：对中测量及无线发送单元、对中显示单元、LED灯和无线接收及显示单元。其中，对中测量及无线发送单元包括：CCD驱动模块、线阵CCD、A/D转换芯片、CPLD芯片和数据接收与发送模块；对中显示单元包括：校零模块、信号发送变换模块、单片机、数据接收接口芯片、信号接收变换模块和显示器A；无线接收及显示单元包括：CPU、电源、显示器B和无线数据接收模块。
对中测量及无线发送单元的输出端与无线接收及显示单元的输入端连接，LED灯的输出端与对中测量及无线发送单元的输入端连接，对中测量及无线发送单元和对中显示单元双向连接。
对中测量及无线发送单元中，CCD驱动模块的输出端与线阵CCD的输入端连接，线阵CCD的输出端与A/D转换芯片的输入端连接，A/D转换芯片的输出端与CPLD芯片的输入端连接，CPLD芯片的输出端分别与CCD驱动模块和数据接收与发送模块的输入端连接。
对中显示单元中，校零模块的输出端、数据接收接口芯片的输出端、信号接收变换模块的输出端均与单片机的输入端连接，单片机的输出端分别与信号发送变换模块的输出端和显示器的输出端连接。
无线接收及显示单元中，CPU的输出端与显示器的输入端连接，电源的输出端和无线数据接收模块的输出端均与CPU的输入端连接。
第二步 对中测量及无线发送单元提供测量数据解析结果，并通过数据接收与发送模块发送对中数据信息
LED灯为对中测量及无线发送单元提供N型目标。对中测量及无线发送单元实现N型目标成像，并测量解算得到N型目标的两个竖边距中心斜边的偏移量。测量解算是通过光学成像镜头使N型目标成像到线阵CCD上。线阵CCD的像面垂直于N型目标。根据对应的CCD像元之间的距离和N型目标两个竖边的中心距离得到物象放大比例：
（1）
式中，s为物象放大比例；、 分别为信号中心对应的CCD像元值；d为N型目标两个竖边的中心距离。
根据信号中心所对应的CCD像元值，零位坐标对应的像元值，以及物象放大比例系数，得到靶面中点相对光学接收镜头光轴X方向的坐标：
（2）
式中， 为零位坐标对应的像元值。
根据N型目标竖边和斜边的夹角 ，信号中心所对应的CCD像元值，以及物象放大比例系数，得到靶面中点相对镜头光轴Y方向的坐标：
（3）
式中， 为信号中心对应的CCD像元值； 为N型目标竖边和斜边的夹角。
第三步 对中显示单元提供光学对中信号的人机界面显示
对中显示单元完成对中位置LED点阵及数码管显示和校零。
对中显示单元通过与对中测量装置间的数据通信将采集到的位置信息接收回对中显示单元内的单片机进行比较处理，完成后输出至显示器A进行显示。对中显示单元的校零功能保证了光学对中装置在出现故障时快速更换任意单元并与初始零位状态坐标保持一致。
第五步 无线接收及显示单元进行远程显示
无线接收及显示单元进行对中位置信息的无线接收和LED 点阵显示。
无线接收模块对接收到的数字量信号进行显示转换，将转换后的显示命令发送至显示器B进行显示。
本方法避免了许多垂球对中无法解决的问题，而且对中的精度较高，观测速度较快，在要求精确测量的使用环境中，均可采用光学对中测量。本方法适用于各类军民用特种工程车辆，通过采用光学对中测量法能够高效快速的为大型仪器、设备的快速转移、运输等工作提供有利保障。
附图说明
图1 一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法所述光学对中装置示意图；
图2 一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法所述光学对中装置的对中测量及无线发送单元示意图；
图3 一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法所述光学对中装置的对中显示单元示意图；
图4 一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法所述光学对中装置的无线接收及显示单元示意图；
图5 一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法所述的N型目标示意图。
1.对中测量及无线发送单元 2.对中显示单元 3.无线接收及显示单元 4.LED灯11.CCD驱动模块 12.线阵CCD 13.A/D转换芯片 14.CPLD芯片 15.数据接收与发送模块21.校零模块 22.信号发送变换模块 23.单片机 24.数据接收接口芯片25.信号接收变换模块26.显示器A 31.CPU 32.显示器B 33.无线数据接收模块 34.电源。
具体实施方式
一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法，其具体步骤为：
第一步 搭建光学对中装置
光学对中装置包括：对中测量及无线发送单元1、对中显示单元2、LED灯4和无线接收及显示单元3。其中，对中测量及无线发送单元1包括：CCD驱动模块11、线阵CCD12、A/D转换芯片13、CPLD芯片14和数据接收与发送模块15；对中显示单元2包括：校零模块21、信号发送变换模块22、单片机23、数据接收接口芯片24、信号接收变换模块25和显示器A26；无线接收及显示单元3包括：CPU31、电源34、显示器B32和无线数据接收模块33。
对中测量及无线发送单元1的输出端与无线接收及显示单元3的输入端连接，LED灯4的输出端与对中测量及无线发送单元1的输入端连接，对中测量及无线发送单元1和对中显示单元2双向连接。
对中测量及无线发送单元1中，CCD驱动模块11的输出端与线阵CCD12的输入端连接，线阵CCD12的输出端与A/D转换芯片13的输入端连接，A/D转换芯片13的输出端与CPLD芯片14的输入端连接，CPLD芯片14的输出端分别与CCD驱动模块11和数据接收与发送模块15的输入端连接。
对中显示单元2中，校零模块21的输出端、数据接收接口芯片24的输出端、信号接收变换模块25的输出端均与单片机23的输入端连接，单片机23的输出端分别与信号发送变换模块22的输出端和显示器的输出端连接。
无线接收及显示单元3中，CPU31的输出端与显示器的输入端连接，电源34的输出端和无线数据接收模块33的输出端均与CPU31的输入端连接。
第二步 对中测量及无线发送单元1提供测量数据解析结果，并通过数据接收与发送模块15发送对中数据信息
LED灯4为对中测量及无线发送单元1提供N型目标。对中测量及无线发送单元1实现N型目标成像，并测量解算得到N型目标的两个竖边距中心斜边的偏移量。测量解算是通过光学成像镜头使N型目标成像到线阵CCD12上。线阵CCD12的像面垂直于N型目标。根据对应的CCD像元之间的距离和N型目标两个竖边的中心距离得到物象放大比例：
（1）
式中，s为物象放大比例；、 分别为信号中心对应的CCD像元值；d为N型目标两个竖边的中心距离。
根据信号中心所对应的CCD像元值，零位坐标对应的像元值，以及物象放大比例系数，得到靶面中点相对光学接收镜头光轴X方向的坐标：
（2）
式中， 为零位坐标对应的像元值。
根据N型目标竖边和斜边的夹角 ，信号中心所对应的CCD像元值，以及物象放大比例系数，得到靶面中点相对镜头光轴Y方向的坐标：
（3）
式中， 为信号中心对应的CCD像元值； 为N型目标竖边和斜边的夹角。
第三步 对中显示单元2提供光学对中信号的人机界面显示
对中显示单元2完成对中位置LED点阵及数码管显示和校零。
对中显示单元2通过与对中测量装置间的数据通信将采集到的位置信息接收回对中显示单元2内的单片机23进行比较处理，完成后输出至显示器A26进行显示。对中显示单元2的校零功能保证了光学对中装置在出现故障时快速更换任意单元并与初始零位状态坐标保持一致。
第五步 无线接收及显示单元3进行远程显示
无线接收及显示单元3进行对中位置信息的无线接收和LED 点阵显示。
无线接收模块对接收到的数字量信号进行显示转换，将转换后的显示命令发送至显示器B32进行显示。
Claims (1)
1.一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法，其特征在于具体步骤为：
第一步搭建光学对中装置
光学对中装置包括：对中测量及无线发送单元(1)、对中显示单元(2)、LED灯(4)和无线接收及显示单元(3)；其中，对中测量及无线发送单元(1)包括：CCD驱动模块(11)、线阵CCD(12)、A/D转换芯片(13)、CPLD芯片(14)和数据接收与发送模块(15)；对中显示单元(2)包括：校零模块(21)、信号发送变换模块(22)、单片机(23)、数据接收接口芯片(24)、信号接收变换模块(25)和显示器A(26)；无线接收及显示单元(3)包括：CPU(31)、电源(34)、显示器B(32)和无线数据接收模块(33)；
对中测量及无线发送单元(1)的输出端与无线接收及显示单元(3)的输入端连接，LED灯(4)的输出端与对中测量及无线发送单元(1)的输入端连接，对中测量及无线发送单元(1)与对中显示单元(2)双向连接；
对中测量及无线发送单元(1)中，CCD驱动模块(11)的输出端与线阵CCD(12)的输入端连接，线阵CCD(12)的输出端与A/D转换芯片(13)的输入端连接，A/D转换芯片(13)的输出端与CPLD芯片(14)的输入端连接，CPLD芯片(14)的输出端分别与CCD驱动模块(11)和数据接收与发送模块(15)的输入端连接；
对中显示单元(2)中，校零模块(21)的输出端、数据接收接口芯片(24)的输出端、信号接收变换模块(25)的输出端均与单片机(23)的输入端连接，单片机(23)的输出端分别与信号发送变换模块(22)的输出端和显示器A(26)的输出端连接；
无线接收及显示单元(3)中，CPU(31)的输出端与显示器B(32)的输入端连接，电源(34)的输出端和无线数据接收模块(33)的输出端均与CPU(31)的输入端连接；
第二步对中测量及无线发送单元(1)提供测量数据解析结果，并通过数据接收与发送模块(15)发送对中数据信息
LED灯(4)为对中测量及无线发送单元(1)提供N型目标；对中测量及无线发送单元(1)实现N型目标成像，并测量解算得到N型目标的两个竖边距中心斜边的偏移量；测量解算是通过光学成像镜头使N型目标成像到线阵CCD(12)上；线阵CCD(12)的像面垂直于N型目标；根据对应的CCD像元之间的距离和N型目标两个竖边的中心距离得到物象放大比例：
<mrow>
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<mo>=</mo>
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<mi>d</mi>
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</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，s为物象放大比例；p1、p3分别为信号中心对应的CCD像元值；d为N型目标两个竖边的中心距离；
根据信号中心所对应的CCD像元值，零位坐标对应的像元值，以及物象放大比例系数，得到靶面中点相对光学接收镜头光轴X方向的坐标：
<mrow>
<mi>x</mi>
<mo>=</mo>
<mi>s</mi>
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<msub>
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<mrow>
<mo>(</mo>
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<mo>+</mo>
<msub>
<mi>p</mi>
<mn>1</mn>
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</mfrac>
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<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，pxy0为零位坐标对应的像元值；
根据N型目标竖边和斜边的夹角α，信号中心所对应的CCD像元值，以及物象放大比例系数，得到靶面中点相对镜头光轴Y方向的坐标：
<mrow>
<mi>y</mi>
<mo>=</mo>
<mi>s</mi>
<mo>&times;</mo>
<mo>&lsqb;</mo>
<msub>
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<mfrac>
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<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
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<mo>(</mo>
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<mo>)</mo>
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</mrow>
式中，p2为信号中心对应的CCD像元值；α为N型目标竖边和斜边的夹角；
第三步对中显示单元(2)提供光学对中信号的人机界面显示
对中显示单元(2)完成对中位置LED点阵及数码管显示和校零；
对中显示单元(2)通过与对中测量装置间的数据通信将采集到的位置信息接收回对中显示单元(2)内的单片机(23)进行比较处理，完成后输出至显示器A(26)进行显示；对中显示单元(2)的校零功能保证了光学对中装置在出现故障时快速更换任意单元并与初始零位状态坐标保持一致；
第五步无线接收及显示单元(3)进行远程显示
无线接收及显示单元(3)进行对中位置信息的无线接收和LED点阵显示；
无线接收模块对接收到的数字量信号进行显示转换，将转换后的显示命令发送至显示器B(32)进行显示。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201510876825.4A CN105333867B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法 |
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| CN201510876825.4A CN105333867B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法 |
Publications (2)
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| CN105333867A CN105333867A (zh) | 2016-02-17 |
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| CN201510876825.4A Active CN105333867B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 一种基于刚柔转换平台的光学对中测量方法 |
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| CN101776453A (zh) * | 2009-12-15 | 2010-07-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光学成像对中测量装置 |
| CN102022995A (zh) * | 2010-11-03 | 2011-04-20 | 河南省电力公司洛阳供电公司 | 一种利用光学对中器安置经纬仪的方法 |
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