CN106767926A - 一种投线仪的数字化校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种投线仪的数字化校准系统及方法，校准系统包括：检校台、用于接收待测仪器发出的激光束的至少两个数字接收靶、以及与数字接收靶电连接的计算机；检校台，包括：用于放置待测仪器的平台，其中心设有纵向贯穿的孔；反射镜，设于平台的下方，使得待测仪器发出的光线，穿过孔由反射镜反射出。本发明中校准方法的检测项目包括水平i角精度，和/或水平直线度，和/或垂直精度，和/或正交精度，和/或下对点精度，和/或上对点精度。本发明中投线仪的校准系统，其结构简便，前期标定与后期维护都较为简单，成本较低，且检测的数字化效率更高；本发明中投线仪的校准方法操作简单，校准结果精度高。

Description

一种投线仪的数字化校准系统及方法

技术领域

本发明涉及投线仪检测领域，特别是指一种投线仪的数字化校准系统及方法。

背景技术

激光投线仪是一种小型化的激光标线仪器，又名激光水准仪、激光墨斗仪、激光标线仪等，其利用激光透过柱透镜或玻璃棒，形成扇形激光面，从而投射出水平和铅锤激光线的仪器。激光投线仪广泛应用于室内装修装潢，工业设备安装等领域，可以在工作距离内投射出水平和铅锤激光线，为其它工作提供参考基准。

目前国内基本上还没有针对激光投线仪的相关校准规范或标准检定规程，一般对其检校工作主要按出厂指标进行。现有的检测方法不一，如武汉大学电子信息学院刘盼盼博士研究生发表的《激光投线仪多维校准系统》论文中，其设计思路主要为平行光管测角原理，在仪器需要检测的方位按照需要架设带有CMOS相机的平行光管，检测仪器时利用平行光管及平型光管后置的CMOS相机将采集到的数据显示在相应屏幕上。该设备结构较为复杂，前期的标定工作量较大；且8根平行光管要求每一根在架设标定后都不能有位移出现，否则会影响设备的精度，所以后期的维护工作量也较大。

发明内容

本发明提出一种投线仪的数字化校准系统及方法，解决了现有技术中激光投线仪检测装置存在的结构复杂、前期的标定和后期的维护工作量较大的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种投线仪的数字化校准系统，包括：检校台、用于接收待测仪器发出的激光束的至少两个数字接收靶、以及与数字接收靶电连接的计算机；检校台，包括：用于放置待测仪器的平台，其中心设有纵向贯穿的孔；反射镜，设于平台的下方，使得待测仪器发出的光线，穿过孔由反射镜反射出。

作为本发明的进一步改进，还包括：用于调整平台位置的升降台；反射镜和平台均固设于升降台上；平台包括：用于放置待测仪器的旋转台、位于旋转台下方的底座、以及用于阻止旋转台转动的锁紧旋钮；旋转台可转动，孔贯穿旋转台和底座。

作为本发明的进一步改进，还包括：与数字接收靶一一对应设置的底座和多根用于固定数字接收靶的支柱；数字接收靶通过底座与支柱活动连接；数字接收靶可围绕支柱转动，底座可伸缩，以调整数字接收靶与支柱之间的距离。

作为本发明的进一步改进，支柱包括：底盘和多段外径不同且套设连接的分体柱；每根支柱上固定有一个或两个数字接收靶，每个数字接收靶独立固定在一段分体柱上。

作为本发明的进一步改进，支柱的数量为3根，数字接收靶的数量为5个；1号靶和4号靶设于同一根支柱上，2号靶和3号靶设于同一根支柱上，5号靶独立设于一根支柱上，1号靶和2号靶距离地面高度相等，3号靶、4号靶和5号靶高于1号靶和2号靶的高度。

本发明还涉及基于上述投线仪的数字化校准系统的校准方法，检测项目包括：水平i角精度，和/或水平直线度，和/或垂直精度，和/或正交精度，和/或下对点精度，和/或上对点精度。

作为本发明的进一步改进，在检校台前方架设两个远近不同的靶子，标记为1号靶和2号靶，标定两个靶子距离地面高度相等，1号靶和2号靶前后距离为L，使前靶不遮挡后靶光线；标定两个靶子的Y轴平行，X轴平行；

1)所述水平i角精度的检测方法为：调整仪器使其扫出的光线过2号靶中Y轴的0点，观察1号靶中接收到的光线位置；如果两个靶子接收到的光线与两靶Y轴交点相同，则说明仪器不存在i角，反之则存在i角；根据计算机显示的坐标数值，计算出i角；计算公式：i角＝arctan(y2-y1)/L；y 1：测量直线与1号靶的y轴的交点；y 2：测量直线与2号靶的y轴的交点；

2)所述水平直线度的检测方法为：观察仪器扫出的光线与2号靶上Y轴的交点，记录该值为y1，旋转仪器45度或者某个角度，待仪器稳定后读取此时光线与2号靶上Y轴的交点记录为y2，再次重复该步骤取y3，根据如下公式比较a、b、c三值的变化量，水平直线度精度为abc中的最大值；如果三值完全相同，说明这条直线是一条水平线，不存在上下变动，反之则算出其偏差值；计算公式：a＝|y1-y2|；b＝|y1-y3|；c＝|y2-y3|。

作为本发明的进一步改进，所述垂直精度的检测方法为：在检校台前方架设两个在竖直方向位于同一直线的靶子，标记为2号靶和3号靶，使两个靶头的Y轴平行，待仪器稳定后分别观察两个靶子中接收到的光线位置；如果两个靶子接收到的光线与两靶X轴交点相同，则说明这条直线是一条水平线的垂直线，反之则算出其偏差值；计算公式：a＝|x2-x3|；x 2：测量直线与2号靶的X轴的交点；x 3：测量直线与3号靶的X轴的交点。

作为本发明的进一步改进，所述正交精度的检测方法为：在检校台前方架设两个远近高低均不同的靶子，标记为3号靶和4号靶，仪器扫出的垂面与3号靶和4号靶标定的垂面在X方向的角度偏移量，算出并记录为q；旋转仪器90度后使仪器扫出的垂面进入3号靶和4号靶，同理算出并记录为w角；用q、w两个角度及旋转90度计算出两个垂面间的实际夹角c角；计算公式：q＝arctan((x31-x41)/l)；w＝arctan((x32-x42)/l)；c＝正交精度＝90+q+w；x31：3号靶上测量直线与x轴的交点；x41：4号靶上测量直线与x轴的交点；x32：旋转90度后3号靶上测量直线与x轴的交点；x42：旋转90度后4号靶上测量直线与x轴的交点；l：3号靶和4号靶之间的距离。

作为本发明的进一步改进，1)所述上对点精度的检测方法为：在检校台上方架设一个靶子，标记为5号靶，使上对点十字光线投入5号靶，待仪器稳定后记录5号靶中十字中心的坐标，旋转仪器180度，待仪器稳定后再次记录该数据；旋转仪器45度记录数据，再次旋转仪器180度记录数据；重复该步骤若干次后对比计算所记录的对点值的偏差，判定上对点是否合格；计算公式：di＝任意两个互成180度角度时记录数据坐标距离的一半；其中最大的di值为上对点精度；2)所述下对点精度的检测方法为：在检校台前方架设一个靶子，标记为1号靶，使下对点激光点利用被检定仪器下部的反射镜投入1号靶中，待仪器稳定后记录靶子中十字中心的坐标，旋转仪器180度，待仪器稳定后再次记录该数据；旋转仪器45度记录数据，再次旋转仪器180度记录数据；重复该步骤若干次后对比计算所记录的对点值的偏差，判定下对点是否合格；计算公式：di＝任意两个互成180度角度时记录数据坐标距离的一半；其中最大的di值为下对点精度。

本发明的有益效果为：与现有技术中采用平行光管和CMOS相机检测投线仪的技术相比，本发明中投线仪的数字化校准系统，其结构简便，前期标定与后期维护都较为简单，成本较低，且检测的数字化效率更高；本发明中投线仪的校准方法操作简单，检定结果精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例中投线仪检定系统的结构示意图；。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为实施例中投线仪检定系统的结构示意图。

实施例中的投线仪的数字化校准系统，包括：检校台、至少两个数字接收靶、以及与数字接收靶电连接的计算机；检校台包括：用于放置待测仪器的平台1和反射镜2；平台1的中心设有纵向贯穿的孔；反射镜2设于平台1的下方，使得待测仪器发出的光线，穿过孔由反射镜2反射出。本实施例中，数字接收靶内部带有网口工业相机，相机有坐标，为现有技术；计算机用于读取各数字接收靶种坐标的数值。

实施例中的投线仪的数字化校准系统，还包括：用于调整平台1位置的升降台3；反射镜2和平台1均固设于升降台3上。

实施例中的平台1包括：用于放置待测仪器的旋转台、位于旋转台下方的底座、以及用于阻止旋转台转动的锁紧旋钮；旋转台可转动，孔贯穿旋转台和底座。本实施例中，旋转台的转动以及锁紧旋钮的锁紧，均为现有技术。

为了提高检测精度，实施例中的旋转台为高精度旋转台，由上下旋转盘精密竖轴、码盘、数字显示屏及控制电路，可以精确显示上盘所旋转的角度，其为现有技术。

为了便于调整数字接收靶的位置，实施例中的检定系统还包括：与数字接收靶一一对应设置的底座和多根用于固定数字接收靶的支柱；数字接收靶通过底座与支柱活动连接；数字接收靶可围绕支柱转动，底座可伸缩，以调整数字接收靶与支柱之间的距离。实施例中所用底座结构为现有技术。

优选地，实施例中的支柱包括底盘4和多段外径不同且套设连接的分体柱5。

优选地，实施例中，每根支柱上固定有一个或两个数字接收靶，每个数字接收靶独立固定在一段分体柱5上。

优选地，实施例中支柱的数量为3根，数字接收靶的数量为5个；1号靶10和4号靶40设于同一根支柱上，2号靶20和3号靶30设于同一根支柱上，5号靶50独立设于一根支柱上，1号靶10和2号靶20距离地面高度相等，3号靶30、4号靶40和5号靶50高于1号靶10和2号靶20的高度。

激光投线仪的主要检测项目有水平精度、垂直精度、正交精度、下对点精度和上对点精度。检测激光投线仪的性能及精度，通过工业相机完成对横线、竖线、十字线的识别，以达到对激光投线仪需求概述中的参数的检测。

1、水平精度

水平精度包含两个方面，一是水平i角精度，二是水平直线度，描述的是扫平仪以绝对水平基准线上下平移在精度范围内是合格的。

1)i角检测方法

在仪器台架前方架设两个远近不同的靶子，标定两个靶子距离地面高度相等，1号靶10和2号靶20前后距离为1米(两根立柱距离L＝1米)，使其左右放置(前靶不遮挡后靶光线)。标定两个靶子的Y轴平行，X轴平行。调整升降台使仪器扫出的光线尽量过2号靶20中Y轴的0点，观察1号靶10中接收到的光线位置。如果两个靶子接收到的光线与两靶Y轴交点相同，则说明仪器不存在i角，反之则存在i角。根据计算机显示的坐标数值，计算出i角。

计算公式：i角＝arctan(y2-y1)/L；

y1：测量直线与1号靶10的y轴的交点；

y2：测量直线与2号靶20的y轴的交点。

2)水平直线度

测试水平直线度时先将旋转台角度制零，待仪器稳定后观察光线与2号靶20上Y轴的交点，记录该值为y1，旋转旋转台45度或者某个角度，待仪器稳定后读取此时光线与2号靶20上Y轴的交点记录为y2，再次重复该步骤取y3，根据如下公式比较a、b、c三值得变化量，水平直线度精度为abc中的最大值。如果三值完全相同，说明这条直线是一条水平线，不存在上下变动，反之则算出其偏差值。

计算公式：a＝|y1-y2|；

b＝|y1-y3|；

c＝|y2-y3|。

2、垂直精度

如图1所示，将2号靶20和3号靶30架设好(两靶在竖直方向位于同一直线)，使两个靶头的Y轴平行，待仪器稳定后分别观察两个靶子中接收到的光线位置。如果两个靶子接收到的光线与两靶X轴交点相同，则说明这条直线是一条水平线的垂直线，反之则算出其偏差值。

计算公式：a＝|x2-x3|；

x2：测量直线与2号靶20的X轴的交点；

x3：测量直线与3号靶30的X轴的交点。

3、正交精度

如图1所示，3号靶30和4号靶40(两靶的位置远近高低均不同)的远近放置可以测出光线在X方向的角度，仪器扫出的垂面与3号靶30和4号靶40标定的垂面在X方向的角度偏移量，算出并记录为q。旋转仪器90度后使仪器扫出的垂面进入3号靶30和4号靶40，同理算出并记录为w角(算出角度有正负)。用q、w两个角度及精确旋转的90度计算出两个垂面间的实际夹角c角。

计算公式：q＝arctan((x31-x41)/l)；

w＝arctan((x32-x42)/l)；

c＝正交精度＝90+q+w；

x31：3号靶上测量直线与x轴的交点；

x41：4号靶上测量直线与x轴的交点；

x32：旋转90度后3号靶上测量直线与x轴的交点；

x42：旋转90度后4号靶上测量直线与x轴的交点；

l：3号靶和4号靶之间的距离。

4、上对点精度

如图1所示，在检校台上方架设5号靶50，上对点十字光线直接投入5号靶50。将仪器架设完毕，待仪器稳定后记录5号靶50中十字中心的坐标，旋转仪器180度，待仪器稳定后再次记录该数据；旋转仪器45度记录数据，再次旋转仪器180度记录数据；重复该步骤若干次后对比计算所记录的对点值的偏差，判定上对点是否合格。

计算公式：di＝任意两个互成180度角度时记录数据坐标距离的一半；

其中最大的di值为上对点精度。

5、下对点精度

如图1所示，1号靶10(或2号靶20)位于仪器前方，下对点激光点利用被检定仪器下部的反射镜投入1号靶10(或2号靶20)。将仪器架设完毕，待仪器稳定后记录靶子中十字中心的坐标，旋转仪器180度，待仪器稳定后再次记录该数据；旋转仪器45度记录数据，再次旋转仪器180度记录数据；重复该步骤若干次后对比计算所记录的对点值的偏差，判定下对点是否合格。

计算公式：di＝任意两个互成180度角度时记录数据坐标距离的一半；

其中最大的di值为下对点精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种投线仪的数字化校准系统，其特征在于，包括：检校台、用于接收待测仪器发出的激光束的至少两个数字接收靶、以及与所述数字接收靶电连接的计算机；

所述检校台，包括：

用于放置待测仪器的平台，其中心设有纵向贯穿的孔；

反射镜，设于所述平台的下方，使得所述待测仪器发出的光线，穿过所述孔由所述反射镜反射出。

2.根据权利要求1所述的投线仪的数字化校准系统，其特征在于，还包括：用于调整所述平台位置的升降台；所述反射镜和所述平台均固设于所述升降台上；所述平台包括：用于放置待测仪器的旋转台、位于所述旋转台下方的底座、以及用于阻止所述旋转台转动的锁紧旋钮；所述旋转台可转动，所述孔贯穿所述旋转台和所述底座。

3.根据权利要求1所述的投线仪的数字化校准系统，其特征在于，还包括：与所述数字接收靶一一对应设置的底座和多根用于固定所述数字接收靶的支柱；所述数字接收靶通过所述底座与所述支柱活动连接；所述数字接收靶可围绕所述支柱转动，所述底座可伸缩，以调整所述数字接收靶与所述支柱之间的距离。

4.根据权利要求3所述的投线仪的数字化校准系统，其特征在于，所述支柱包括：底盘和多段外径不同且套设连接的分体柱；每根所述支柱上固定有一个或两个所述数字接收靶，每个所述数字接收靶独立固定在一段所述分体柱上。

5.根据权利要求3所述的投线仪的数字化校准系统，其特征在于，所述支柱的数量为3根，所述数字接收靶的数量为5个；1号靶和4号靶设于同一根支柱上，2号靶和3号靶设于同一根支柱上，5号靶独立设于一根支柱上，所述1号靶和所述2号靶距离地面高度相等，所述3号靶、所述4号靶和所述5号靶高于所述1号靶和所述2号靶的高度。

6.一种基于权利要求1-5任一权利要求所述的投线仪的数字化校准系统的校准方法，其特征在于，检测项目包括：水平i角精度，和/或水平直线度，和/或垂直精度，和/或正交精度，和/或下对点精度，和/或上对点精度。

7.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，在检校台前方架设两个远近不同的靶子，标记为1号靶和2号靶，标定两个靶子距离地面高度相等，1号靶和2号靶前后距离为L，使前靶不遮挡后靶光线；标定两个靶子的Y轴平行，X轴平行；

1)所述水平i角精度的检测方法为：

调整仪器使其扫出的光线过2号靶中Y轴的0点，观察1号靶中接收到的光线位置；如果两个靶子接收到的光线与两靶Y轴交点相同，则说明仪器不存在i角，反之则存在i角；根据计算机显示的坐标数值，计算出i角；

计算公式：i角＝arctan(y2-y1)/L；

y1：测量直线与1号靶的y轴的交点；

y2：测量直线与2号靶的y轴的交点；

2)所述水平直线度的检测方法为：

观察仪器扫出的光线与2号靶上Y轴的交点，记录该值为y1，旋转仪器45度或者某个角度，待仪器稳定后读取此时光线与2号靶上Y轴的交点记录为y2，再次重复该步骤取y3，根据如下公式比较a、b、c三值的变化量，水平直线度精度为abc中的最大值；如果三值完全相同，说明这条直线是一条水平线，不存在上下变动，反之则算出其偏差值；

计算公式：a＝|y1-y2|；

b＝|y1-y3|；

c＝|y2-y3|。

8.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，所述垂直精度的检测方法为：

在检校台前方架设两个在竖直方向位于同一直线的靶子，标记为2号靶和3号靶，使两个靶头的Y轴平行，待仪器稳定后分别观察两个靶子中接收到的光线位置；如果两个靶子接收到的光线与两靶X轴交点相同，则说明这条直线是一条水平线的垂直线，反之则算出其偏差值；

计算公式：a＝|x2-x3|；

x2：测量直线与2号靶的X轴的交点；

x3：测量直线与3号靶的X轴的交点。

9.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，所述正交精度的检测方法为：在检校台前方架设两个远近高低均不同的靶子，标记为3号靶和4号靶，仪器扫出的垂面与3号靶和4号靶标定的垂面在X方向的角度偏移量，算出并记录为q；旋转仪器90度后使仪器扫出的垂面进入3号靶和4号靶，同理算出并记录为w角；用q、w两个角度及旋转90度计算出两个垂面间的实际夹角c角；

计算公式：q＝arctan((x31-x41)/l)；

w＝arctan((x32-x42)/l)；

c＝正交精度＝90+q+w；

x31：3号靶上测量直线与x轴的交点；

x41：4号靶上测量直线与x轴的交点；

x32：旋转90度后3号靶上测量直线与x轴的交点；

x42：旋转90度后4号靶上测量直线与x轴的交点；

l：3号靶和4号靶之间的距离。

10.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，

1)所述上对点精度的检测方法为：

在检校台上方架设一个靶子，标记为5号靶，使上对点十字光线投入5号靶，待仪器稳定后记录5号靶中十字中心的坐标，旋转仪器180度，待仪器稳定后再次记录该数据；旋转仪器45度记录数据，再次旋转仪器180度记录数据；重复该步骤若干次后对比计算所记录的对点值的偏差，判定上对点是否合格；

计算公式：di＝任意两个互成180度角度时记录数据坐标距离的一半；

其中最大的di值为上对点精度；

2)所述下对点精度的检测方法为：

在检校台前方架设一个靶子，标记为1号靶，使下对点激光点利用被检定仪器下部的反射镜投入1号靶中，待仪器稳定后记录靶子中十字中心的坐标，旋转仪器180度，待仪器稳定后再次记录该数据；旋转仪器45度记录数据，再次旋转仪器180度记录数据；重复该步骤若干次后对比计算所记录的对点值的偏差，判定下对点是否合格；

计算公式：di＝任意两个互成180度角度时记录数据坐标距离的一半；

其中最大的di值为下对点精度。