CN105403194A - 一种光学标定测距测长装置和测距测长的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光学标定测距测长装置，包含支撑架、点光源激光发射器、若干十字线激光发射器，所述的点光源激光发射器与十字线激光发射器均安装于支撑架上；所述十字线激光发射器发射的十字交叉点的光线与点光源激光发射器发射的光线相互平行，各个十字线激光发射器的出光张角各不相同。本发明还提出了一种测距测长的方法，将光源照射到被测物体上，再用带分划刻度的望远镜观测被测物体及在物体上由激光照射形成的光斑，通过望远镜中分划板的刻度测量光斑间距，由此测算出被测物体的尺寸以及被测物体与激光发射器之间的距离。本发明的优点是：能测量被测物与测量点之间的距离、被测物的长度、高度等尺寸以及被测物体与测量方向的夹角。

Description

一种光学标定测距测长装置和测距测长的方法

技术领域

本发明涉及光学测量领域，具体涉及光学测距测长领域。

背景技术

目前能远距离测量距离的设备，主要有激光测距仪和望远镜测距仪。前者通过测量光往返于测量设备和被测物体的时间，再应用已知的空气中的光速来计算出测量距离；后者通过在望远镜内安装带刻度的分划板，并根据观察到的常见物体的尺寸和在望远镜内的影像占据的刻度尺寸来按比例估算距离，同时也可估算观察到的其他物体的高度或长度尺寸。由于激光测距仪需要接收反射回来的光，所以被测物体表面需要与测量时发出的光基本垂直，并且其表面要有一定的反光性能。这就限制了其使用范围和操作的便捷性。望远镜测距仪(测距望远镜)需要估计一个目标物的尺寸，并做等比例计算，实际并不能准确测量距离。专利201420808695.1披露一种测量设备，其采用两束固定距离的平行光标定测量物体，并根据测量图像上被测物体与光点距离的比例计算被测物体。采用两束固定距离的平行光标定测量物体并测量物体的方法不能测量被测物与测量点的距离，而且当被测物体与测量方向不垂直时测量偏差较大。

发明内容

本发明的目的是解决光学测距测长时偏差较大，或对测距标的物具有选择性的问题。

本发明提出了一种光学标定测距测长装置，包含支撑架、点光源激光发射器、若干十字线激光发射器，所述的点光源激光发射器与十字线激光发射器均安装于支撑架上；所述十字线激光发射器发射的十字交叉点的光线与点光源激光发射器发射的光线相互平行，各个十字线激光发射器的出光张角各不相同。

进一步的，所述支撑架的架身为长方体形，支撑架上平行的安装有若干安装柱，各个安装柱的柱心线处于同一平面。

进一步的，所述的支撑架背侧还设有刻度尺，刻度尺的刻度范围不小于支撑架两端的安装柱的柱心线范围。

进一步的，所述支撑架背侧的刻度尺的零刻度线与支撑架一端的安装柱的柱心线对齐。

进一步的，对应各个安装柱还设有若干组调节孔，每一组调节孔均为两个，分别设于对应安装柱侧壁的上端与安装柱侧壁的中部。

进一步的，所述支撑架的架身设有外部件的连接孔或连接槽。

进一步的，所述各个安装柱的下端具有安装过孔，所述安装过孔在支撑架的架身对应位置设有大小匹配的螺孔。

本发明还提出一种测距测长方法，其步骤如下：

将激光发射器发射的光源照射到被测物体上，被测物体上由十字线激光发射器照射的十字光斑的横线须与被测线段相互平行，再用适当放大倍数并带有分划刻度的望远镜观测被测物体以及在物体上由激光照射形成的光斑，或者用适当焦距的相机拍摄被测物体及其表面上标由激光照射形成的光斑，然后通过望远镜中分划板上的刻度测量光斑间距，或直接测量未经编辑变形的照片上的光斑间距；再通过对应的计算方法测算出被测物体的尺寸以及被测物体与激光发射器之间的距离；为清楚的表述计算方法及公式，定义：十字线激光发射器发射端到其在被测物体上照射的十字线交点的光斑距离为F；所选择测量的点光源激光发射器发出的光线与测量的十字线激光发射器发出的十字线交点间距为L；十字线激光发射器的出光张角为2*A；测量的十字线交点光线与点光源激光发射器发出光线的垂直面与被测物体表面的所成夹角为B；经过望远镜的分划板刻度或由未经编辑变形照片上直接测量的：被测物体尺寸为H、十字线交点与点光源的照射光斑间距为a、十字线左端十字线交点光斑的间距为b；十字线右端到十字线交点光斑的间距为c；所述的计算方法如下：

①当所选择测量的点光源激光发射器或十字线激光发射器发出的十字交点光束与被测物体表面基本垂直时：

被测物体的实际尺寸为：L*H/a；

十字线左端到十字线交点光斑的被测物实际尺寸为：L*b/a；

十字线激光发射器发射端到其在被测物体上照射的十字线交点的光斑实际距离为F＝(L*b/a)*ctgA；

②当所选择测量的点光源激光发射器或十字线激光发射器发出的十字交点光束与被测物体表面不垂直，而是其垂直面与被测物体表面有一定夹角B时：

夹角B可以通过c/b＝tgA*(cosB+sinB*tg(A+B))*(sinB+cosB/tgA)公式计算得出；被

测物体的实际尺寸为：(L*H/a)/cosB；

十字线左端到十字线交点光斑的被测物实际尺寸为：(L*b/a)/cosB；

十字线激光发射器发射端到其在被测物体上照射的十字线交点的光斑实际距离为F＝(L*b/a)*(ctgA+tgB)。

本发明的有益效果是：

⑴不仅能够测量被测物与测量点之间的距离、同时还能测量被测物的长度、高度等尺寸以及被测物体与测量方向的夹角。

⑵采用了确定间距的光束、以及确定发射张角的发射光束对被测物体进行照射、标定，使得测量结果更加准确。

⑶支撑架上具有刻度尺，对于读取平行光点之间的实际间距非常方便。

⑷支撑架与安装柱匹配上设置的固定螺孔便于拆卸、更换及对激光头的维护。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

附图2为本发明的后视图。

附图3为本发明的前视局部放大图。

附图4为本发明的底视图。

附图5为十字交点及点光源的平行光线与被测物体表面垂直情况时的光路示意图。

附图6为十字交点及点光源的平行光线与被测物体表面不垂直时的光路示意图。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明做进一步的阐述。

如图1、图2、图3、图4所示，一种光学标定测距测长装置，包含支撑架，支撑架的架身100为长方体形，支撑架上平行的安装有若干安装柱，各个安装柱的柱心线处于同一平面，所述的安装柱依次为第一安装柱200、第二安装柱300、第三安装柱400和第四安装柱500；图中，第一安装柱200中装有点光源激光发射器600，第二安装柱300、第三安装柱400、第四安装柱500中均装有十字线激光发射器，各个十字线激光发射器的出光张角各不相同；所述十字线激光发射器发射的十字交叉点的光线与点光源激光发射器发射的光线相互平行；在第一安装柱200至第四安装柱500的柱心线之间，于支撑架背侧还设有刻度尺1000，刻度尺1000的零刻度线与第四安装柱500的柱心线对齐；对应各个安装柱还设有若干组调节孔900，每一组调节孔均为两个，分别设于对应安装柱侧壁的上端与安装柱侧壁的中部，在调节孔可连接调节螺栓，以固定激光发射器且能够对激光发射器的位置进行调整，防止其倾斜；所述各个安装柱的下端具有安装过孔800，所述安装过孔在支撑架的架身对应位置设有大小匹配的螺孔1100，通过安装过孔800与螺孔1100可以用匹配螺钉将安装柱固定于支撑架的架身上；支撑架的架身还设有外部件的连接孔700，通过连接孔可以安装相机或其它照片成像的设备。

如图5、图6所示，一种测距测长的方法，步骤如下：将激光发射器发射的光源照射到被测物体上，被测物体上由十字线激光发射器照射的十字光斑的横线须与被测线段相互平行，再用适当放大倍数并带有分划刻度的望远镜观测被测物体以及在物体上由激光照射形成的光斑，或者用适当焦距的相机拍摄被测物体及其表面上标由激光照射形成的光斑，然后通过望远镜中分划板上的刻度测量光斑间距，或直接测量未经编辑变形的照片上的光斑间距；再通过对应的计算方法测算出被测物体的尺寸以及被测物体与激光发射器之间的距离；为清楚的表述计算方法及公式，定义：十字线激光发射器发射端到其在被测物体上照射的十字线交点的光斑O1-M段距离为F；所选择测量的点光源激光发射器发出的光线与测量的十字线激光发射器发出的十字线交点O1-O2段间距为L；十字线激光发射器的出光张角为2*A；测量的十字线交点光线与点光源激光发射器发出光线的垂直面与被测物体表面的所成夹角为B；经过望远镜的分划板刻度或由未经编辑变形照片上直接测量的：被测物体尺寸为H、十字线交点与点光源的照射光斑M-N段间距为a、十字线左端到十字线交点光斑的P-M段间距为b；十字线右端到十字线交点光斑的M-Q段间距为c；所述的计算方法如下：

①当所选择测量的点光源激光发射器或十字线激光发射器发出的十字交点光束与被测物体表面基本垂直时：

被测物体的实际尺寸为：L*H/a；

十字线左端到十字线交点光斑的被测物实际尺寸为：L*b/a；

十字线激光发射器发射端到其在被测物体上照射的十字线交点的光斑实际距离为F＝(L*b/a)*ctgA；

②当所选择测量的点光源激光发射器或十字线激光发射器发出的十字交点光束与被测物体表面不垂直，而是其垂直面与被测物体表面有一定夹角B时，由于在远距离情况下从望远镜的分划板或从照片直接测得的P-M段及M-N段尺寸近似为投影尺寸，具有纵深的三维场景也被成像到一个平面上，纵向的尺寸被压缩为零，也即是在测量光源处从望远镜中看P-M段光斑尺寸与P-M1段尺寸是相等的，M-N段光斑尺寸与M-N1段尺寸也是相等的，因此,M-N1段尺寸与P-M1段尺寸之比同M-N段尺寸与P-M段尺寸之比相等，夹角B可以通过公式：

c/b＝tgA*(cosB+sinB*tg(A+B))*(sinB+cosB/tgA)公式计算得出；被测物体的实际尺寸为：(L*H/a)/cosB；

十字线左端到十字线交点光斑的被测物实际尺寸为：(L*b/a)/cosB；

十字线激光发射器发射端到其在被测物体上照射的十字线交点的光斑实际距离为F＝(L*b/a)*(ctgA+tgB)。

实际使用时，也可按上述方法对竖直方向上的被测物体进行测量，只需将十字线的纵向张

角2*A2代替横向张角2*A即可；另外，由于具有不同张角的十字线光源，在实际测量时

可以根据被测物体尺寸方便快速的选择匹配光源进行测量。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学标定测距测长装置，其特征在于：包含支撑架、点光源激光发射器、若干十字线激光发射器，所述的点光源激光发射器与十字线激光发射器均安装于支撑架上；所述十字线激光发射器发射的十字交叉点的光线与点光源激光发射器发射的光线相互平行，各个十字线激光发射器的出光张角各不相同。

2.根据权利要求1所述的一种光学标定测距测长装置，其特征在于：所述支撑架的架身为长方体形，支撑架上平行的安装有若干安装柱，各个安装柱的柱心线处于同一平面。

3.根据权利要求2所述的一种光学标定测距测长装置，其特征在于：所述的支撑架背侧还设有刻度尺，刻度尺的刻度范围不小于支撑架两端的安装柱的柱心线范围。

4.根据权利要求3所述的一种光学标定测距测长装置，其特征在于：所述支撑架背侧的刻度尺的零刻度线与支撑架一端的安装柱的柱心线对齐。

5.根据权利要求2、3或4所述的一种光学标定测距测长装置，其特征在于：对应各个安装柱还设有若干组调节孔，每一组调节孔均为两个，分别设于对应安装柱侧壁的上端与安装柱侧壁的中部。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种光学标定测距测长装置，其特征在于：所述支撑架的架身设有外部件的连接孔或连接槽。

7.根据权利要求2、3或4所述的一种光学标定测距测长装置，其特征在于：所述各个安装柱的下端具有安装过孔，所述安装过孔在支撑架的架身对应位置设有大小匹配的螺孔。

8.根据权利要求5所述的一种光学标定测距测长装置，其特征在于：所述各个安装柱的下端具有安装过孔，所述安装过孔在支撑架的架身对应位置设有大小匹配的螺孔。

9.根据权利要求5所述的一种光学标定测距测长装置，其特征在于：所述支撑架的架身设有外部件的连接孔或连接槽。

10.一种测距测长的方法，其特征在于：包含以下步骤：将激光发射器发射的光源照射到被测物体上，被测物体上由十字线激光发射器照射的十字光斑的横线须与被测线段相互平行，再用适当放大倍数并带有分划刻度的望远镜观测被测物体以及在物体上由激光照射形成的光斑，或者用适当焦距的相机拍摄被测物体及其表面上标由激光照射形成的光斑，然后通过望远镜中分划板上的刻度测量光斑间距，或直接测量未经编辑变形的照片上的光斑间距；再通过对应的计算方法测算出被测物体的尺寸以及被测物体与激光发射器之间的距离；为清楚的表述计算方法及公式，定义：十字线激光发射器发射端到其在被测物体上照射的十字线交点的光斑距离为F；所选择测量的点光源激光发射器发出的光线与测量的十字线激光发射器发出的十字线交点间距为L；十字线激光发射器的出光张角为2*A；测量的十字线交点光线与点光源激光发射器发出光线的垂直面与被测物体表面的所成夹角为B；经过望远镜的分划板刻度或由未经编辑变形照片上直接测量的：被测物体尺寸为H、十字线交点与点光源的照射光斑间距为a、十字线左端十字线交点光斑的间距为b；十字线右端到十字线交点光斑的间距为c；所述的计算方法如下：

①当所选择测量的点光源激光发射器或十字线激光发射器发出的十字交点光束与被测物体表面基本垂直时：

被测物体的实际尺寸为：L*H/a；

十字线左端到十字线交点光斑的被测物实际尺寸为：L*b/a；

十字线激光发射器发射端到其在被测物体上照射的十字线交点的光斑实际距离为

F＝(L*b/a)*ctgA；

②当所选择测量的点光源激光发射器或十字线激光发射器发出的十字交点光束与被测物体表面不垂直，而是其垂直面与被测物体表面有一定夹角B时：

夹角B可以通过c/b＝tgA*(cosB+sinB*tg(A+B))*(sinB+cosB/tgA)公式计算得出；被测物体的实际尺寸为：(L*H/a)/cosB；

十字线左端到十字线交点光斑的被测物实际尺寸为：(L*b/a)/cosB；

十字线激光发射器发射端到其在被测物体上照射的十字线交点的光斑实际距离为F＝(L*b/a)*(ctgA+tgB)。