CN108489516A - 一种图像式激光标线仪综合校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像式激光标线仪综合校准装置及校准方法，属于计量检具技术领域，包括水平标识线校准机构、竖直标识线校准机构和图像处理系统；所述水平标识线校准机构包括工作平台，在工作平台上设有支座和支撑柱，在支座上安装有可升降式多齿分度台，在支撑柱上安装有水平设置的平行光管，在平行光管的另一端安装有第一图像摄取装置，第一图像摄取装置用于对平行光管的分划板及分划板上的成像进行图像摄取，第一图像摄取装置与图像处理系统信号连接；通过水平标识线校准机构、竖直标识线校准机构的设置，解决了激光标线仪的水平标识线示值误差、竖直标识线示值误差以及正交标识线示值误差的快速、自动化校准，提高了对激光标线仪的校准效率。

Description

一种图像式激光标线仪综合校准装置及校准方法

技术领域

本发明属于计量检具技术领域，特别涉及一种图像式激光标线仪综合校准装置及校准方法。

背景技术

激光标线仪是一种能提供自动安平的全空间三维激光线的装置，其工作原理为利用激光束通过柱透镜或玻璃棒形成扇形激光面，经投射而形成水平和/或铅垂激光标识线，与普通的皮尺、墨盒、铅垂等工具相比，激光标识线能够使用户更加方便地进行对比检查和事先位置设定，而且对其他物体无二次伤害，因此被广泛应用于建筑施工、机械制造、建筑装潢等方面的水平、垂直基准面及对顶、对地基准点的测定。

根据实验室进几年的统计，激光标线仪的送检数量每年以约30％速度增长，目前虽然有地方校准规范《JJF(吉)96-2016激光标线仪校准规范》出现，但是其所用校准装置比较复杂，校准方法比较繁琐，校准效率较低；有些地方主要是依据《JJF1166-2007激光扫平仪校准规范》进行的，然而激光标线仪与激光扫平仪原理及结构相差较大，因此上述校准规范不适应激光标线仪的校准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像式激光标线仪综合校准装置及校准方法，为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种图像式激光标线仪综合校准装置，包括水平标识线校准机构、竖直标识线校准机构和图像处理系统；

所述水平标识线校准机构包括工作平台，在工作平台上设有支座和支撑柱，所述支撑柱高于支座，在支座上安装有可升降式多齿分度台，在支撑柱上安装有水平设置的平行光管，平行光管的物镜端指向可升降式多齿分度台方向设置，在平行光管的另一端安装有第一图像摄取装置，第一图像摄取装置用于对平行光管的分划板及分划板上的成像进行图像摄取，第一图像摄取装置与图像处理系统信号连接；

所述竖直标识线校准机构包括沿竖直方向设置的立柱，在立柱上自下而上依次固定有多个上下位置相对应的支撑台，在每个支撑台上均安装有第二图像摄取装置，所述第二图像摄取装置沿水平方向设置且第二图像摄取装置的镜头背向立柱方向设置，在镜头前方向的支撑台上固定有透明接收屏；在立柱的顶部设有向前方向伸出的横杆，在横杆上吊挂有深色重锤线，所述深色重锤线位于透明接收屏前方，第二图像摄取装置与图像处理系统信号连接。

优选的，在可升降式多齿分度台的工作盘上设有定位螺栓，激光标线仪通过定位螺栓与工作盘同轴固定安装。

优选的，平行光管的中心轴线与可升降式多齿分度台中心轴线在一个平面内，在平行光管的物镜端安装有减光片。

优选的，在工作平台底部安装有调平支脚。

优选的，在工作平台上安装有水准气泡。

优选的，所述透明接收屏位于同一竖直平面内。

一种基于如上所述的图像式激光标线仪综合校准装置的校准方法，包括如下步骤：

A：水平标识线示值误差：

水平标识线示值误差包括在工作范围内高度不一致示值误差、倾斜示值误差和弯曲示值误差；

首先将工作平台和可升降式多齿分度台调平，将激光标线仪安装在可升降式多齿分度台上，通过激光标线仪的调平支脚进行调平，将减光片装入平行光管的物镜端，开启激光标线仪发出水平标识线，通过升降螺母调节多齿分度台，让水平标识线的光线瞄准平行光管中心光轴位置；

然后，转动激光标线仪，让水平标识线出现在屏幕视场中，第一图像摄取装置对平行光管的分划板水平刻度线及分划板上水平标识线进行图像记录并将图像信息传输给图像处理系统，图像处理系统自动测量出水平标识线相对分化板水平刻度线的高度变化，然后图像处理系统根据图像信息计算出在工作范围内高度不一致示值误差；

然后，转动可升降式多齿分度台的上齿盘带动激光标线仪一起转动，让水平标识线的头部、中部和尾部三个测量位依次进入平行光管内，同时第一图像摄取装置对平行光管的分划板及分划板上的水平标识线的三个测量位进行图像拍摄并将图像信息传输给图像处理系统，图像处理系统根据图像信息计算出倾斜示值误差和弯曲示值误差；

B：竖直标识线示值误差：

竖直标识线示值误差包括倾斜示值误差与弯曲示值误差，首先调整竖直标识线校准机构与可升降式多齿分度台对应位置，

开启激光标线仪发出竖直标识线，让竖直标识线照射进竖直标识线校准机构的第二图像摄取装置视场中间，且不与深色重锤线重合；同时上、中、下三个测量位的第二图像摄取装置分别对透明接收屏上的深色重锤线和竖直标识线进行图像拍摄并将图像信息传输给图像处理系统，图像处理系统根据图像信息计算出竖直标识线示值误差。

优选的，在步骤A中，在工作范围内高度不一致示值误差计算方法为：分划板上设有标准水平面刻度线，图像处理系统根据图像信息，将水平标识线的位置与分划板上标准水平面刻度线的位置进行对比，计算出偏差值ai，其中ai即为在工作范围内高度不一致示值误差，其中ai为角度量值，单位为秒；

倾斜示值误差和弯曲示值误差的计算方法为：图像处理系统根据水平标识线的头部、中部和尾部三个测量位的图像信息，将水平标识线的位置与分划板上标准水平面刻度线的位置进行对比，计算出偏差值a_头、a_中、a_尾，则，

水平标识线倾斜示值误差Q为：Q＝a_头-a_尾；

水平标识线弯曲示值误差W为：W＝a_中-(a_头+a_尾)/2。

优选的，在步骤B中，图像处理系统根据深色重锤线和竖直标识线的对比，分别计算出上、中、下三个测量位的两者之间偏差Z_上、Z_中、Z_下，则

竖直标识线倾斜示值误差Q为：Q＝(Z_上-Z_下)/L,其中L为上测量位和下测量位之间的距离，单位：米；

竖直标识线弯曲示值误差W为：W＝Z_中-(Z_上+Z_下)/2。

优选的，还包括正交标识线正交误差的校准，具体步骤为：

C：开启激光标线仪发出正交标识线，正交标识线进入其中一个第二图像摄取装置的视场中，然后按照90°角度依次转动可升降式多齿分度台的上齿盘带动激光标线仪一起转动，第二图像摄取装置分别读取0°、90°、180°和270°四个测量位的正交标识线的位置读数b₀、b₉₀、b₁₈₀、b₂₇₀，正交标识线的正交误差J为：J＝(b₀+b₁₈₀)/2-(b₉₀+b₂₇₀)/2。

本发明所具有的有益效果为：通过水平标识线校准机构、竖直标识线校准机构的设置，解决了目前激光标线仪的水平标识线示值误差、竖直标识线示值误差以及正交标识线示值误差的快速、半自动化校准，大大提高了对激光标线仪的校准效率，为企业的生产提供了质量保障。

附图说明

图1为水平标识线校准机构的结构示意图；

图2为竖直标识线校准机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1和图2所示，一种图像式激光标线仪综合校准装置，包括水平标识线校准机构、竖直标识线校准机构和图像处理系统；

所述水平标识线校准机构包括工作平台6，在工作平台6上设有支座5和支撑柱4，所述支撑柱4高于支座5，在支座5上安装有可升降式多齿分度台3，在支撑柱4上安装有水平设置的平行光管1，平行光管1的物镜端指向可升降式多齿分度台3方向设置，在平行光管1的另一端安装有第一图像摄取装置8，第一图像摄取装置8用于对平行光管1的分划板及分划板上的成像进行图像摄取，第一图像摄取装置8与图像处理系统信号连接；其中，平行光管1的中心轴线与可升降式多齿分度台3中心轴线在一个平面内，在平行光管1的物镜端安装有减光片。

所述竖直标识线校准机构包括沿竖直方向设置的立柱10，在立柱10上自下而上依次固定有多个上下位置相对应的支撑台9，在每个支撑台9上均安装有第二图像摄取装置11，所述第二图像摄取装置11沿水平方向设置且第二图像摄取装置11的镜头背向立柱10方向设置，在镜头前方向的支撑台9上固定有透明接收屏12，所述透明接收屏12位于同一竖直平面内；在立柱10的顶部设有向前方向伸出的横杆14，在横杆14上吊挂有深色重锤线13，所述深色重锤线13位于透明接收屏12前方，第二图像摄取装置11与图像处理系统信号连接。

为了保证激光标线仪2放置在可升降式多齿分度台3时具有较高的同轴度，以减小旋转时带来的误差，在可升降式多齿分度台3的工作盘上通过螺栓同轴安装有同轴定位盘，在同轴定位盘上设有多组同心环形槽，这样激光标线仪2的支脚只要放置在同一个环形槽内就能满足两者之间的同轴度要求，操作简单。

还可以更加简便地在可升降式多齿分度台3的工作盘上中心安装同轴定位螺栓，以满足激光标线仪2放置在可升降式多齿分度台3时具有较高的同轴度；定位螺栓与激光标线仪2底部的中心位置相对应。

为了更方便地调节工作平台的水平度，在工作平台6底部安装有调平支脚7，同时还可以在工作平台6上安装有水准气泡。

一种基于如上所述的图像式激光标线仪综合校准装置的校准方法，包括如下步骤：

A：水平标识线示值误差：

水平标识线示值误差包括在工作范围内高度不一致示值误差、倾斜示值误差和弯曲示值误差；

首先将工作平台6和可升降式多齿分度台3调平，将激光标线仪2安装在可升降式多齿分度台3上，通过激光标线仪2的调平支脚进行调平，将减光片装入平行光管1的物镜端，开启激光标线仪2发出水平标识线，通过升降螺母调节多齿分度台3，让水平标识线的光线瞄准平行光管1中心光轴位置；

然后，转动激光标线仪2，让水平标识线出现在屏幕视场中，第一图像摄取装置8对平行光管1的分划板水平刻度线及分划板上水平标识线进行图像记录并将图像信息传输给图像处理系统，图像处理系统自动测量出水平标识线相对分化板水平刻度线的高度变化，然后图像处理系统根据图像信息计算出在工作范围内高度不一致示值误差；

然后，转动可升降式多齿分度台3的上齿盘带动激光标线仪2一起转动，让水平标识线的头部、中部和尾部三个测量位依次进入平行光管1内，同时第一图像摄取装置8对平行光管1的分划板及分划板上的水平标识线的三个测量位进行图像拍摄并将图像信息传输给图像处理系统，图像处理系统根据图像信息计算出倾斜示值误差和弯曲示值误差；

B：竖直标识线示值误差：

竖直标识线示值误差包括倾斜示值误差与弯曲示值误差，首先调整竖直标识线校准机构与可升降式多齿分度台3对应位置，

开启激光标线仪2发出竖直标识线，让竖直标识线照射进竖直标识线校准机构的第二图像摄取装置11视场中间，且不与深色重锤线13重合；同时上、中、下三个测量位的第二图像摄取装置11分别对透明接收屏12上的深色重锤线13和竖直标识线进行图像拍摄并将图像信息传输给图像处理系统，图像处理系统根据图像信息计算出竖直标识线示值误差。

具体地，在步骤A中，在工作范围内高度不一致示值误差计算方法为：分划板上设有标准水平面刻度线，图像处理系统根据图像信息，将水平标识线的位置与分划板上标准水平面刻度线的位置进行对比，计算出偏差值ai，其中ai即为在工作范围内高度不一致示值误差，其中ai为角度量值，单位为秒；

倾斜示值误差和弯曲示值误差的计算方法为：图像处理系统根据水平标识线的头部、中部和尾部三个测量位的图像信息，将水平标识线的位置与分划板上标准水平面刻度线的位置进行对比，计算出偏差值a_头、a_中、a_尾，则，

水平标识线倾斜示值误差Q为：Q＝a_头-a_尾；

水平标识线弯曲示值误差W为：W＝a_中-(a_头+a_尾)/2。

具体地，在步骤B中，图像处理系统根据深色重锤线13和竖直标识线的对比，分别计算出上、中、下三个测量位的两者之间偏差Z_上、Z_中、Z_下，则

竖直标识线倾斜示值误差Q为：Q＝(Z_上-Z_下)/L,其中L为上测量位和下测量位之间的距离，单位：米；

竖直标识线弯曲示值误差W为：W＝Z_中-(Z_上+Z_下)/2。

其中还可以包括对正交标识线正交误差的校准，具体步骤为：

C：开启激光标线仪2发出正交标识线，正交标识线进入其中一个第二图像摄取装置11的视场中，然后按照90°角度依次转动可升降式多齿分度台3的上齿盘带动激光标线仪2一起转动，第二图像摄取装置11分别读取0°、90°、180°和270°四个测量位的正交标识线的位置读数b₀、b₉₀、b₁₈₀、b₂₇₀，正交标识线的正交误差J为：J＝(b₀+b₁₈₀)/2-(b₉₀+b₂₇₀)/2。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种图像式激光标线仪综合校准装置，其特征在于，包括水平标识线校准机构、竖直标识线校准机构和图像处理系统；

所述水平标识线校准机构包括工作平台，在工作平台上设有支座和支撑柱，所述支撑柱高于支座，在支座上安装有可升降式多齿分度台，在支撑柱上安装有水平设置的平行光管，平行光管的物镜端指向可升降式多齿分度台方向设置，在平行光管的另一端安装有第一图像摄取装置，第一图像摄取装置用于对平行光管的分划板及分划板上的成像进行图像摄取，第一图像摄取装置与图像处理系统信号连接；

所述竖直标识线校准机构包括沿竖直方向设置的立柱，在立柱上自下而上依次固定有多个上下位置相对应的支撑台，在每个支撑台上均安装有第二图像摄取装置，所述第二图像摄取装置沿水平方向设置且第二图像摄取装置的镜头背向立柱方向设置，在镜头前方向的支撑台上固定有透明接收屏；在立柱的顶部设有向前方向伸出的横杆，在横杆上吊挂有深色重锤线，所述深色重锤线位于透明接收屏前方，第二图像摄取装置与图像处理系统信号连接。

2.根据权利要求1所述的图像式激光标线仪综合校准装置，其特征在于，在可升降式多齿分度台的工作盘上设有定位螺栓，激光标线仪通过定位螺栓与工作盘同轴固定安装。

3.根据权利要求1或2所述的图像式激光标线仪综合校准装置，其特征在于，平行光管的中心轴线与可升降式多齿分度台中心轴线在一个平面内，在平行光管的物镜端安装有减光片。

4.根据权利要求3所述的图像式激光标线仪综合校准装置，其特征在于，在工作平台底部安装有调平支脚。

5.根据权利要求4所述的图像式激光标线仪综合校准装置，其特征在于，在工作平台上安装有水准气泡。

6.根据权利要求3所述的图像式激光标线仪综合校准装置，其特征在于，所述透明接收屏位于同一竖直平面内。

7.一种基于如权利要求1至6任一项所述的图像式激光标线仪综合校准装置的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

A：水平标识线示值误差：

水平标识线示值误差包括在工作范围内高度不一致示值误差、倾斜示值误差和弯曲示值误差；

首先将工作平台和可升降式多齿分度台调平，将激光标线仪安装在可升降式多齿分度台上，通过激光标线仪的调平支脚进行调平，将减光片装入平行光管的物镜端，开启激光标线仪发出水平标识线，通过升降螺母调节多齿分度台，让水平标识线的光线瞄准平行光管中心光轴位置；

然后，转动激光标线仪，让水平标识线出现在屏幕视场中，第一图像摄取装置对平行光管的分划板水平刻度线及分划板上水平标识线进行图像记录并将图像信息传输给图像处理系统，图像处理系统自动测量出水平标识线相对分化板水平刻度线的高度变化，然后图像处理系统根据图像信息计算出在工作范围内高度不一致示值误差；

然后，转动可升降式多齿分度台的上齿盘带动激光标线仪一起转动，让水平标识线的头部、中部和尾部三个测量位依次进入平行光管内，同时第一图像摄取装置对平行光管的分划板及分划板上的水平标识线的三个测量位进行图像拍摄并将图像信息传输给图像处理系统，图像处理系统根据图像信息计算出倾斜示值误差和弯曲示值误差；

B：竖直标识线示值误差：

竖直标识线示值误差包括倾斜示值误差与弯曲示值误差，首先调整竖直标识线校准机构与可升降式多齿分度台对应位置，

开启激光标线仪发出竖直标识线，让竖直标识线照射进竖直标识线校准机构的第二图像摄取装置视场中间，且不与深色重锤线重合；同时上、中、下三个测量位的第二图像摄取装置分别对透明接收屏上的深色重锤线和竖直标识线进行图像拍摄并将图像信息传输给图像处理系统，图像处理系统根据图像信息计算出竖直标识线示值误差。

8.根据权利要求7所述的标线仪校准方法，其特征在于，在步骤A中，在工作范围内高度不一致示值误差计算方法为：分划板上设有标准水平面刻度线，图像处理系统根据图像信息，将水平标识线的位置与分划板上标准水平面刻度线的位置进行对比，计算出偏差值ai，其中ai即为在工作范围内高度不一致示值误差，其中ai为角度量值，单位为秒；

倾斜示值误差和弯曲示值误差的计算方法为：图像处理系统根据水平标识线的头部、中部和尾部三个测量位的图像信息，将水平标识线的位置与分划板上标准水平面刻度线的位置进行对比，计算出偏差值a_头、a_中、a_尾，则，

水平标识线倾斜示值误差Q为：Q＝a_头-a_尾；

水平标识线弯曲示值误差W为：W＝a_中-(a_头+a_尾)/2。

9.根据权利要求8所述的标线仪校准方法，其特征在于，在步骤B中，图像处理系统根据深色重锤线和竖直标识线的对比，分别计算出上、中、下三个测量位的两者之间偏差Z_上、Z_中、Z_下，则

竖直标识线倾斜示值误差Q为：Q＝(Z_上-Z_下)/L,其中L为上测量位和下测量位之间的距离，单位：米；

竖直标识线弯曲示值误差W为：W＝Z_中-(Z_上+Z_下)/2。

10.根据权利要求7至9任一项所述的标线仪校准方法，其特征在于，还包括正交标识线正交误差的校准，具体步骤为：

C：开启激光标线仪发出正交标识线，正交标识线进入其中一个第二图像摄取装置的视场中，然后按照90°角度依次转动可升降式多齿分度台的上齿盘带动激光标线仪一起转动，第二图像摄取装置分别读取0°、90°、180°和270°四个测量位的正交标识线的位置读数b₀、b₉₀、b₁₈₀、b₂₇₀，正交标识线的正交误差J为：J＝(b₀+b₁₈₀)/2-(b₉₀+b₂₇₀)/2。