CN105509707A - 一种滑轨式光学测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种滑轨式光学测量装置，包含支撑架与激光发射器，激光发射器安装于支撑架上，激光发射器发出一对平行光及一对呈固定角度的光线，固定角度的角平分线与其中一条平行光重合，平行光的间距可调节。本发明还提出一种点光源测量方法，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，可通过滑块调整第一激光发射器与第二激光发射器之间的间距，能适应不同的被测物体的尺寸。

Description

一种滑轨式光学测量装置和测量方法

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的偏差较大，或对测距标的物具有选择性的问题。

本发明提出了一种滑轨式光学测量装置，包含支撑架与激光发射器，激光发射器安装于支撑架上；所述的激光发射器为点光源发射器，所述激光发射器包括第一激光发射器、第二激光发射器、第三激光发射器和第四激光发射器；其中第一激光发射器与第二激光发射器发出的光线相互平行，第三激光发射器与第四激光发射器发出的光线呈固定角度，所述固定角度的角平分线与第一激光发射器或第二激光发射器发出的光线重合；所述支撑架的架身为长方体形，支撑架上设有导轨、滑块与垫块；所述的导轨固定在支撑架的架身上，所述的滑块与导轨匹配，可沿导轨滑动；支撑架上还设有安装柱，所述的安装柱包含第一安装柱、第二安装柱、第三安装柱与第四安装柱；所述的第一安装柱固定在滑块上；所述的第二安装柱、第三安装柱与第四安装柱固定在垫块上，第二安装柱、第三安装柱与第四安装柱的柱心线处于同一平面，第三安装柱与第四安装柱的柱心线呈固定夹角；所述固定夹角的角平分线与第二安装柱的柱心线重合；第一安装柱与第二安装柱的柱心线相互平行。

进一步的，所述的支撑架上还装有第五激光发射器与第六激光发射器，第五激光发射器与第六激光发射器发出的光线所在平面同第三激光发射器与第四激光发射器发出的光线所在平面相垂直，第五激光发射器与第六激光发射器发出光线所呈角度的角平分线与第一激光发射器或第二激光发射器发出的光线重合。

进一步的，所述支撑架还设有第五安装柱与第六安装柱，第五安装柱与第六安装柱的柱心线所呈夹角的角平分线与第二安装柱的柱心线重合，第五安装柱与第六安装柱的柱心线所在平面与第三安装柱与第四安装柱的柱心线所在平面相垂直。

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中部与安装柱侧壁的外端。

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，所述的支撑架背侧还设有刻度尺。

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。

本发明还提出了一种点光源测距方法，包含以下步骤：将激光发射器发射的光线照射到被测物体上，使第三激光发射器与第四激光发射器在被测物体上照射光斑的连线与所需测的线段方向相互平行，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，定义：第二激光发射器与由第二激光发射器发出光线照射在被测物体上光斑的距离为F；第一激光发射器与第二激光发射器发出的激光间距为L；第三激光发射器与第四激光发射器发出的光线所成夹角为2*A,其角平分线与同第一激光发射器或第二激光发射器发出的光线重合；第一激光发射器或第二激光发射器发出光线的垂直面与被测物体表面的夹角为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、第一激光发射器与第二激光发射器的照射光斑间距为a、第三激光发射器与第二激光发射器的照射光斑间距为b、第四激光发射器与第二激光发射器的照射光斑间距为c；所述的计算方法如下：

①当第一激光发射器或第二激光发射器发出的光束与被测物体基本垂直时，被测物体的实际尺寸为：L*H/a；第三激光发射器与第二激光发射器在被测物体的照射光斑间的实际尺寸为：L*b/a；第二激光发射器与由第二激光发射器发出光线照射在被测物体上光斑的距离为F＝(L*b/a)*ctgA；

②当第一激光发射器或第二激光发射器发出的光束与被测物体不垂直，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；

第三激光发射器与第二激光发射器在被测物体的照射光斑间的实际尺寸为：(L*b/a)/cosB；

第二激光发射器与由第二激光发射器发出光线照射在被测物体上光斑的距离为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可以通过滑块调整第一激光发射器与第二激光发射器之间的间距，能适应不同的被测物体的尺寸。

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采用了确定间距的平行光束、以及确定发射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。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

附图2为本发明的后视局部图。

附图3为本发明中第一安装柱的结构示意图。

附图4为本发明的底视图。

附图5为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，一种滑轨式光学测量装置，包含支撑架与激光发射器，激光发射器安装于支撑架上；所述的激光发射器为点光源发射器，包含第一激光发射器、第二激光发射器、第三激光发射器和第四激光发射器；所述支撑架的架身100为长方体形，支撑架上设有导轨200、滑块300与垫块400，导轨200与垫块400之间的距离小于滑块300的宽度尺寸，以防止滑块由靠垫块一侧滑出导轨；所述的滑块300与导轨200匹配，可沿导轨滑动；所述的导轨300通过螺钉固定在支撑架的架身100上，其中一个螺钉900高于滑块的底部，以防止滑块滑出导轨；支撑架上还设有安装柱，所述的安装柱包含第一安装柱800、第二安装柱500、第三安装柱600与第四安装柱700；所述的第一安装柱800固定在滑块300上，第一激光发射器1100安装在第一安装柱800中；所述的第二安装柱500、第三安装柱600与第四安装柱700固定在垫块400上，第二安装柱500、第三安装柱600与第四安装柱700的柱心线处于同一平面，第三安装柱600与第四安装柱700的柱心线呈固定夹角；所述固定夹角的角平分线与第二安装柱500的柱心线重合；第一安装柱800与第二安装柱500的柱心相互平行；第二激光发射器安装在第二安装中，第三激光发射器安装在第三安装柱中，第四激光发射器安装在第四安装柱中；其中第一激光发射器与第二激光发射器发出的光线相互平行，第三激光发射器与第四激光发射器发出的光线呈固定角度，所述固定角度的角平分线与第一激光发射器或第二激光发射器发出的光线重合；对应各个安装柱还设有若干组调节孔1200，每一组调节孔均为两个，分别设于对应安装柱侧壁的中部与安装柱侧壁的外端，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；所述第一安装柱800与第二安装柱500的下端具有安装过孔1300，对应的滑块300及垫块400上相应的位置匹配有螺孔；支撑架的架身还设有外部件的连接孔1400，通过连接孔可以安装相机或其它照片成像的设备；在支撑架背侧还设有刻度尺1000，刻度尺1000的零刻度线与安装柱500的柱心线对齐。

如图6、图5所示，本发明还提出了一种光学测量方法，包含如下步骤：将激光发射器发射的光线照射到被测物体上，使第三激光发射器与第四激光发射器在被测物体上照射光斑的连线与所需测的线段方向相互平行，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，参照附图5、附图6所示：第二激光发射器与由第二激光发射器发出光线照射在被测物体上光斑距离为F；第一激光发射器与第二激光发射器发出的激光间距为L；第三激光发射器与第四激光发射器发出的光线所成夹角为2*A,其角平分线与同第一激光发射器或第二激光发射器发出的光线重合；第一激光发射器或第二激光发射器发出光线的垂直面与被测物体表面的夹角为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、第一激光发射器与第二激光发射器的照射光斑MN段间距为a、第三激光发射器与第二激光发射器的照射光斑PM段间距为b、第四激光发射器与第二激光发射器的照射光斑QM段间距为c；所述的计算方法如下：

①当第一激光发射器或第二激光发射器发出的光束与被测物体基本垂直时，被测物体的实际尺寸为：L*H/a；第三激光发射器与第二激光发射器所在被测物体表面的照射光斑PM间距的实际尺寸为：L*b/a；第二激光发射器与由第二激光发射器发出光线照射在被测物体上光斑的O1M段距离为F＝(L*b/a)*ctgA；

②当第一激光发射器或第二激光发射器发出的光束与被测物体不垂直，而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)计算得出，式中只有B一个未知数，可借助计算机求得结果；被测物体的实际尺寸为：(L*H/a)/cosB；第三激光发射器与第二激光发射器所在被测物体表面的照射光斑PM段的实际尺寸为：(L*b/a)/cosB；第二激光发射器与由第二激光发射器发出光线照射在被测物体上光斑的O1M段距离F＝(L*b/a)*(ctgA+tgB)。

实际使用时，可以通过滑块调整第一激光发射器与第二激光发射器的间距，以适应不同的被测物体尺寸或者提高测算的精度。

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 (7)

1.一种滑轨式光学测量装置，其特征在于：包含支撑架与激光发射器，激光发射器安装于支撑架上；所述的激光发射器为点光源发射器，所述激光发射器包括第一激光发射器、第二激光发射器、第三激光发射器和第四激光发射器；其中第一激光发射器与第二激光发射器发出的光线相互平行，第三激光发射器与第四激光发射器发出的光线呈固定角度，所述固定角度的角平分线与第一激光发射器或第二激光发射器发出的光线重合；所述支撑架的架身为长方体形，支撑架上设有导轨、滑块与垫块；所述的导轨固定在支撑架的架身上，所述的滑块与导轨匹配，可沿导轨滑动；支撑架上还设有安装柱，所述的安装柱包含第一安装柱、第二安装柱、第三安装柱与第四安装柱；所述的第一安装柱固定在滑块上；所述的第二安装柱、第三安装柱与第四安装柱固定在垫块上，第二安装柱、第三安装柱与第四安装柱的柱心线处于同一平面，第三安装柱与第四安装柱的柱心线呈固定夹角；所述固定夹角的角平分线与第二安装柱的柱心线重合；第一安装柱与第二安装柱的柱心线相互平行。

2.根据权利要求1所述的一种滑轨式光学测量装置，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中部与安装柱侧壁的外端。

3.根据权利要求1或2所述的一种滑轨式光学测量装置，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。

4.根据权利要求1或2所述的一种滑轨式光学测量装置，其特征在于：所述的支撑架背侧还设有刻度尺。

5.根据权利要求1或2所述的一种滑轨式光学测量装置，其特征在于：所述第一安装柱与第二安装柱有安装过孔，对应的滑块及垫块上相应的位置匹配有螺孔。

6.根据权利要求4所述的一种滑轨式光学测量装置，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。

7.一种光学测量方法，其特征在于：包含以下步骤：将激光发射器发射的光线照射到被测物体上，使第三激光发射器与第四激光发射器在被测物体上照射光斑的连线与所需测的线段方向相互平行，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，定义：第二激光发射器与由第二激光发射器发出光线照射在被测物体上光斑的距离为F；第一激光发射器与第二激光发射器发出的激光间距为L；第三激光发射器与第四激光发射器发出的光线所成夹角为2*A,其角平分线与同第一激光发射器或第二激光发射器发出的光线重合；第一激光发射器或第二激光发射器发出光线的垂直面与被测物体表面的夹角为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、第一激光发射器与第二激光发射器的照射光斑间距为a、第三激光发射器与第二激光发射器的照射光斑间距为b、第四激光发射器与第二激光发射器的照射光斑间距为c；所述的计算方法如下：

①当第一激光发射器或第二激光发射器发出的光束与被测物体基本垂直时，被测物体的实际尺寸为：L*H/a；第三激光发射器与第二激光发射器在被测物体的照射光斑间的实际尺寸为：L*b/a；第二激光发射器与由第二激光发射器发出光线照射在被测物体上光斑的距离为F＝(L*b/a)*ctgA；

②当第一激光发射器或第二激光发射器发出的光束与被测物体不垂直，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；

第三激光发射器与第二激光发射器在被测物体的照射光斑间的实际尺寸为：(L*b/a)/cosB；

第二激光发射器与由第二激光发射器发出光线照射在被测物体上光斑的距离为F＝(L*b/a)*(ctgA+tgB)。