CN107462883A - 测量点到空间任意维度平面距离的方法及激光测距仪 - Google Patents

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赵瑞荣
赵延强
梁文建
任佩云
杨福鹏
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves

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Abstract

本发明涉及激光测量领域，公开了一种测量点到空间任意维度平面距离的方法，其包括步骤：从空间任意一点发出三条相互之间呈夹角的激光束到待测量面上；空间任意一点、三条激光束以及三角形之间形成空间四面体；分别计算每条激光束长度，并计算每条激光束长度的平方，根据相邻两条激光束长度以及相邻两条激光束之间的夹角，根据余弦定理计算出相邻激光束之间所对应的所述三角形的边长的平方；计算四面体的体积V和三角形的面积S；根据四面体体积公式V＝1/3h*S计算空间任意一点到待测量面的距离h。本发明能够直接测出空间一点到空间任意维度平面的距离。

Description

测量点到空间任意维度平面距离的方法及激光测距仪
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，特别是涉及一种测量点到空间任意维度平面距离的方法及激光测距仪。
背景技术
在高铁或地铁生产过程中，某零件与空间某一维度面板有很严格的距离公差要求，测量时需要使用大量的测量工具进行换算，但是这种方法既不准确，又比较繁复，造成了大量累积误差。如果此面板并非无限大，过该点(零件位置)做此面板的垂线不能落在此面板上，其真实距离可能无法测出。
现有激光测距仪只能测量两个点之间的距离，或者两个无限大平行平面之间的距离，点到面也只能测量水平面或者铅垂面，测量也不够精确。对于任意维度两个小平面之间的距离无法准确测距；对于点到任意维度平面距离也无法直接测出。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何直接测出空间一点到空间任意维度平面的距离。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种测量点到空间任意维度平面距离的方法，其包括如下步骤：
步骤1：从空间任意一点发出三条相互之间呈夹角的激光束到待测量面上；
步骤2：三条所述激光束在所述待测量面形成三个交点，两两交点之间相连形成三角形，所述空间任意一点、三条激光束以及所述三角形之间形成空间四面体；
步骤3：分别计算每条激光束长度，并计算每条激光束长度的平方，分别为a、b、c，根据相邻两条激光束长度以及相邻两条激光束之间的夹角，根据余弦定理计算出相邻激光束之间所对应的所述三角形的边长的平方，分别为d、e、f；
步骤4：计算所述四面体的体积V：
V＝sqrt[ad(b+c+e+f-a-d)+be(a+c+d+f-b-e)+cf(a+b+d+e-c-f)-abf-bcd-cae-def]/12；
步骤5：计算所述三角形的面积S：S＝sqrt[4de-(d+e-f)2]/4；
步骤6：计算所述空间任意一点到待测量面的距离h：根据四面体体积公式V＝1/3h*S，将步骤4和步骤5得到的V和S带入四面体体积公式，计算得出h。
其中，还包括步骤7，多次测量取h的平均值作为最终的测量距离。
其中，步骤1中，三条激光束同时发出。
其中，步骤1中，三条激光束间隔发出。
其中，步骤1中，三条激光束采用相同的光源。
其中，步骤1中，三条激光束采用不同波长的光源。
其中，步骤1中，三条激光束之间的夹角可调整。
本发明还提供一种激光测距仪，其包括测距仪本体，所述测距仪本体内设有激光发射器，激光接收器、计时器以及计算器，所述激光发射器设有三个激光头，三个所述激光头发出的激光呈夹角设置，所述激光接收器用于接收激光发射器发出的激光，所述计时器用于计算激光从发出到接收的时间，所述计算器内置有多个计算模块，用于计算出激光发出点到待测量面的距离。
其中，所述测距仪本体上设有显示屏。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种测量点到空间任意维度平面距离的方法，通过发射三条激光束照射到待测量面上，由此确定待测量面的空间位置，通过计算公式内部运算得出激光束起点到任意维度平面的距离，操作十分简单，测量结果准确。
附图说明
图1为本发明一种测量点到空间任意维度平面距离的方法的原理图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提供了一种测量点到空间任意维度平面距离的方法，其可以包括如下步骤：
步骤1：从空间任意一点发出三条相互之间呈夹角的激光束到待测量面上，三条激光束从同一点发出，且三条激光束之间的夹角取15～60度为宜；
步骤2：如图1所示，三条所述激光束在所述待测量面形成三个交点，分别为B、C、D，两两交点之间相连形成三角形，所述空间任意一点A、三条激光束以及所述三角形之间形成空间四面体即三棱锥体；
步骤3：分别计算每条激光束长度，激光束的长度即为激光束起点到终点的距离，可以自动记录，并计算每条激光束长度的平方，分别为a、b、c，根据相邻两条激光束长度以及相邻两条激光束之间的夹角，一一对应地，根据余弦定理计算出相邻激光束之间所对应的所述三角形的边长的平方，分别为d、e、f，即a、b之间对应d，b、c之间对应e，a、c之间对应f；
步骤4：计算所述四面体的体积V：
V＝sqrt[ad(b+c+e+f-a-d)+be(a+c+d+f-b-e)+cf(a+b+d+e-c-f)-abf-bcd-cae-def]/12；
步骤5：利用三斜求积术(海伦公式)计算所述三角形的面积S：S＝sqrt[4de-(d+e-f)2]/4；
步骤6：计算所述空间任意一点到待测量面垂心O的垂直距离h：根据四面体体积公式V＝1/3h*S，将步骤4和步骤5得到的V和S带入四面体体积公式，计算得出h，即得到任意点到任意维度平面的垂直距离。无需多次测量，测量一次就可以直接读出结果，操作简单。
为了使得误差进一步减小，还包括步骤7，可以测量待测量面的多个位置，计算多次，取h的平均值作为最终的测量距离。
其中，步骤1中，三条激光束可以同时发出，也可以间隔发出。
其中，步骤1中，三条激光束可以采用相同的光源，也可以采用不同波长的光源。
其中，步骤1中，三条激光束之间的夹角可调整，也可固定。
本发明还提供了一种激光测距仪，其包括测距仪本体，所述测距仪本体内设有激光发射器，激光接收器、计时器以及计算器，所述激光发射器设有三个激光头，能够发出三束激光，三个所述激光头从同一点发出的激光呈夹角设置，所述激光接收器用于接收激光发射器发出的激光，所述计时器用于计算激光从发出到接收的时间，单束激光的长度则等于激光的光速乘以激光从发出到接收的时间的一半，所述计算器内置有多个计算模块，上述计算公式均内置于计算模块中，用于计算出激光发出点到待测量面的距离。
其中，所述测距仪本体上设有显示屏，用于显示点到待测量面的距离。
本发明可以直接测出空间一点到空间任意维度小平面的距离，无需多次测量，测量一次就可以直接读出结果。另外，可以快速找出任意维度平面垂点、垂线方向、垂线距离，可以找出任意维度平面的过任意点的平行线，用于指导零件装配，测量点到面距离时，此面可以非无限大，只要激光束照射到测量面的任意位置，即可得到点到该面的垂直距离。
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 (9)

1.一种测量点到空间任意维度平面距离的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：从空间任意一点发出三条相互之间呈夹角的激光束到待测量面上；
步骤2：三条所述激光束在所述待测量面形成三个交点，两两交点之间相连形成三角形，所述空间任意一点、三条激光束以及所述三角形之间形成空间四面体；
步骤3：分别计算每条激光束长度，并计算每条激光束长度的平方，分别为a、b、c，根据相邻两条激光束长度以及相邻两条激光束之间的夹角，根据余弦定理计算出相邻激光束之间所对应的所述三角形的边长的平方，分别为d、e、f；
步骤4：计算所述四面体的体积V：
V＝sqrt[ad(b+c+e+f-a-d)+be(a+c+d+f-b-e)+cf(a+b+d+e-c-f)-abf-bcd-cae-def]/12；
步骤5：计算所述三角形的面积S：S＝sqrt[4de-(d+e-f)2]/4；
步骤6：计算所述空间任意一点到待测量面的距离h：根据四面体体积公式V＝1/3h*S，将步骤4和步骤5得到的V和S带入四面体体积公式，计算得出h。
2.根据权利要求1所述的测量点到空间任意维度平面距离的方法，其特征在于，还包括步骤7，多次测量取h的平均值作为最终的测量距离。
3.根据权利要求1所述的测量点到空间任意维度平面距离的方法，其特征在于，步骤1中，三条激光束同时发出。
4.根据权利要求1所述的测量点到空间任意维度平面距离的方法，其特征在于，步骤1中，三条激光束间隔发出。
5.根据权利要求1所述的测量点到空间任意维度平面距离的方法，其特征在于，步骤1中，三条激光束采用相同的光源。
6.根据权利要求1所述的测量点到空间任意维度平面距离的方法，其特征在于，步骤1中，三条激光束采用不同波长的光源。
7.根据权利要求1所述的测量点到空间任意维度平面距离的方法，其特征在于，步骤1中，三条激光束之间的夹角可调整。
8.一种激光测距仪，其特征在于，包括测距仪本体，所述测距仪本体内设有激光发射器，激光接收器、计时器以及计算器，所述激光发射器设有三个激光头，三个所述激光头发出的激光呈夹角设置，所述激光接收器用于接收激光发射器发出的激光，所述计时器用于计算激光从发出到接收的时间，所述计算器内置有多个计算模块，用于计算出激光发出点到待测量面的距离。
9.根据权利要求8所述的激光测距仪，其特征在于，所述测距仪本体上设有显示屏。
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