CN110411479A - 一种激光垂准仪数字化校准系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明提供了一种激光垂准仪数字化校准系统及应用，该系统的放置装置包括工作台、放置底座、L形支架和五角棱镜。倾角传感器设置于工作台内。光路折返装置包括入射墙、出射墙、光路折返底座、限位滑块、滑轨和直角反射镜，入射墙和出射墙均为光学玻璃墙，入射墙和出射墙上均设置有多组直角反射镜，用于激光多次折返，红外测距传感器的红外发射器设置于入射墙上，红外接收器设置于限位滑块上。PSD位置传感器靠近出射墙设置。处理器通信连接PSD位置传感器、倾角传感器、红外测距传感器和终端用户设备。该系统及应用解决了室外方法校准场受限、测量效率低、校准结果精度低的问题。

Description

一种激光垂准仪数字化校准系统及应用

技术领域

本发明涉及仪器校准技术领域，尤其涉及一种激光垂准仪数字化校准系统及应用。

背景技术

激光垂准仪是一种利用激光准直原理进行竖向准直的工程测量仪器，利用了激光的方向性强、能量集中的特点，使得测量更加高效、精度更加准确，它常被用于测量相对铅垂线的微小水平偏差、铅垂线的点位传递、物体垂直轮廓的测量以及方位的垂直传递，被广泛应用在高层建筑施工、变形监测、工程监理等国民建设领域。目前，出厂和使用中的激光垂准仪是按照国家质量监督检验总局2002年发布的《JJF 1081-2002垂准仪校准规范》进行校准，以确保仪器的测量精度为施工建设提供一个可靠的标准。

《规范》中要求，激光垂准仪竖轴与激光光轴的同轴度、激光光轴与望远镜视准轴的同轴度、一测回垂准测量标准偏差按室外方法校准，即将被检仪器、五角棱镜和直角坐标板按要求(校准竖轴与激光光轴的同轴度时被检仪器与直角坐标板中心距离不小于100m；校准激光光轴与望远镜视准轴的同轴度时要求距离不小于40m)布置，通过五角棱镜将激光垂准仪发射的激光水平转换投射到直角坐标板上，调整五角棱镜使激光光斑中心与直角坐标板中心重合，多次旋转不同角度，观测激光点的位置变化，人工读取激光光斑中心偏离直角坐标板坐标中心的距离，按照相应的公式计算出结果。此校准方法要求室外距离较远，无法一人完成校准工作，且校准过程存在较大的人为误差，使得校准工作效率降低、校准结果精度降低。

发明内容

本发明提供了一种激光垂准仪数字化校准系统及应用，以解决室外方法校准场受限、测量效率低、校准结果精度低的问题。

第一方面，本发明提供了一种激光垂准仪数字化校准系统，其特征在于，包括放置装置、光路折返装置、PSD位置传感器、倾角传感器、红外测距传感器、处理器和终端用户设备，其中：放置装置包括工作台、放置底座、L形支架和五角棱镜，工作台安置于放置底座上，五角棱镜通过L形支架架设于工作台上方；工作台为旋转微顷工作台，用于放置被检仪器，倾角传感器设置于工作台内，用于测量工作台的倾斜角。光路折返装置包括入射墙、出射墙、光路折返底座、限位滑块、滑轨和直角反射镜，入射墙和出射墙均为光学玻璃墙，入射墙固定安装于光路折返底座靠近放置装置的一端，滑轨嵌入式安装于光路折返底座上，出射墙固定安装在限位滑块上，限位滑块和滑轨匹配连接，入射墙与出射墙的伸展方向始终垂直于光路折返底座的伸展方向；入射墙和出射墙上均设置有多组直角反射镜，用于激光多次折返；红外测距传感器的红外发射器设置于入射墙上，红外接收器设置于限位滑块上，用于测量激光的折返距离值；PSD位置传感器靠近出射墙设置，用于检测激光光斑点的位置信息。处理器的信号输入端通信连接PSD位置传感器、倾角传感器、红外测距传感器、终端用户设备的信号输出端，处理器的信号输出端通信连接终端用户设备。

可选地，直角反射镜包括入射-直角反射镜和出射-直角反射镜，入射墙上设置有n个入射-直角反射镜，出射墙上设置有n个出射-直角反射镜；以垂直于光路折返底座的方向为竖直方向，入射-直角反射镜和出射-直角反射镜均匀交替设置，相邻入射-直角反射镜和出射-直角反射镜的竖直安装距离值等于入射-直角反射镜的竖直安装距离值的1/2，也等于相邻出射-直角反射镜262的竖直安装距离值的1/2。

可选地，在竖直方向上，红外发射器的发射点、入射-直角反射镜的入射点和入射-直角反射镜的出射点均平齐；红外接收器的接收点、出射-直角反射镜的入射点和出射-直角反射镜的出射点均平齐。

可选地，直角反射镜与入射墙和出射墙之间为可拆卸连接。

可选地，处理器按照以下公式计算PSD位置传感器相对于被检仪器中心的距离值：

l＝d₁+(2n+1)d₂+d₃；

其中：l为PSD位置传感器相对于被检仪器中心的距离值；d₁为被检仪器中心与入射墙之间的距离值；d₂为激光的折返距离值；d₃为出射墙与PSD位置传感器之间的距离值。

可选地，处理器获取通过获取由PSD位置传感器传来的激光光斑点的位置信息，计算激光光斑中心相对于0＇位置的位置变化距离，0＇位置是通过精确整平被检仪器后，PSD位置传感器读取的激光光斑中心位置。

可选地，终端用户设备为电脑、手机、平板电脑或穿戴式移动设备。

第二方面，结合上述激光垂准仪数字化校准系统，本发明提供了一种该激光垂准仪数字化校准系统的应用，用于激光垂准仪以室外方法进行校准。

可选地，上述激光垂准仪数字化校准系统还可用于激光垂准仪的激光垂准仪竖轴与激光光轴的同轴度、激光光轴与望远镜视准轴的同轴度、一测回垂准测量标准偏差校准。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的光路折返装置通过调节入射墙和出射墙之间的距离、直角反射镜的数量，将激光传播距离“折叠”在光路折返装置中，大大缩短了被检仪器与PSD位置传感器中心的实际距离，实现了在室内或室外小场地以《规范》中室外方法对被检仪器进行校准，打破了室外方法的场地局限性，提高了校准效率。

(2)以倾角传感器测量工作台(即被检仪器)的倾斜角，并输出信号传递给处理器；以红外测距传感器测量激光在光路折返装置中的折返距离值，并输出信号传递给处理器，处理器以此计算出《规范》中要求测量的直角坐标板(本发明中的PSD位置传感器)相对于被检仪器中心的距离值；以PSD位置传感器传来的激光光斑点的位置信息，以此计算出《规范》中要求测量的激光光斑中心相对于0＇位置的位置变化距离。变“手动”为“自动”，实现了激光垂准仪校准的数字化和自动化，大大提高了工作效率，同时，避免了校准过程中存在的较大误差，提高了校准精度。

(3)本发明提供的激光垂准仪数字化校准系统可用于激光垂准仪的激光垂准仪竖轴与激光光轴的同轴度、激光光轴与望远镜视准轴的同轴度、一测回垂准测量标准偏差校准。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明提供的一种激光垂准仪数字化校准系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种激光垂准仪数字化校准系统的控制流程示意图。

图1和图2中各标号分别表示：

1-放置装置，11-工作台，12-放置底座，13-L形支架，14-五角棱镜15-被检仪器，2-光路折返装置，21-入射墙，22-出射墙，23-光路折返底座，24-限位滑块，25-滑轨，26-直角反射镜，261-入射-直角反射镜，262-出射-直角反射镜，3-PSD位置传感器，4-倾角传感器，5-红外测距传感器，51-红外发射器，52-红外接收器，6-处理器，7-终端用户设备。

具体实施方式

本发明提供了一种激光垂准仪数字化校准系统及应用，以解决室外方法校准场受限、测量效率低、校准结果精度低的问题。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做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，为本实施例提供的一种激光垂准仪数字化校准系统的结构示意图。该激光垂准仪数字化校准系统包括放置装置1、光路折返装置2、PSD位置传感器3、倾角传感器4、红外测距传感器5、处理器6和终端用户设备7。放置装置1包括工作台11、放置底座12、L形支架13和五角棱镜14，工作台11安置于放置底座12上，五角棱镜14通过L形支架13架设于工作台11上方。工作台11为旋转微顷工作台，用于放置被检仪器15，倾角传感器4设置于工作台11内，用于测量工作台11的倾斜角。

光路折返装置2包括入射墙21、出射墙22、光路折返底座23、限位滑块24、滑轨25和直角反射镜26。入射墙21和出射墙22均为光学玻璃墙，入射墙21固定安装于光路折返底座23靠近放置装置1的一端，滑轨25嵌入式安装于光路折返底座23上，出射墙22固定安装在限位滑块24上，限位滑块24和滑轨25匹配连接，入射墙21与出射墙22的伸展方向始终垂直于光路折返底座23的伸展方向。入射墙21和出射墙22上均设置有多组直角反射镜26，用于激光多次折返。红外测距传感器5的红外发射器51设置于入射墙21上，红外接收器52设置于限位滑块24上，用于测量激光的折返距离值；PSD位置传感器3靠近出射墙22设置，用于检测激光光斑点的位置信息。

在一个优选方案中，对于直角反射镜26的设置，详细阐述如下：直角反射镜26包括入射-直角反射镜261和出射-直角反射镜262，入射墙21上设置有n个入射-直角反射镜261，出射墙22上设置有n个出射-直角反射镜262。以垂直于光路折返底座23的方向为竖直方向，入射-直角反射镜261和出射-直角反射镜262均匀交替设置，相邻入射-直角反射镜261和出射-直角反射镜262的竖直安装距离值等于入射-直角反射镜261的竖直安装距离值的1/2，也等于相邻出射-直角反射镜262的竖直安装距离值的1/2。在竖直方向上，红外发射器51的发射点、入射-直角反射镜261的入射点和入射-直角反射镜261的出射点均平齐；红外接收器52的接收点、出射-直角反射镜262的入射点和出射-直角反射镜262的出射点均平齐。图1中n＝4，直角反射镜26与入射墙21和出射墙22之间可以设置为可拆卸连接。根据场地的大小，调整n的值，以及入射墙21和出射墙22之间的距离(即激光的折返距离值)，满足《规范》中的要求。若场地较小，则增大n，提高入射墙21和出射墙22之间的距离，反之则相反。

处理器6的信号输入端通信连接PSD位置传感器3、倾角传感器4、红外测距传感器5、终端用户设备7的信号输出端，处理器6的信号输出端通信连接终端用户设备7。终端用户设备7可为电脑、手机、平板电脑或穿戴式移动设备，方便用户进行校准。

对于处理器6来讲，可将n的值以终端用户设备7输入处理器6，按照以下公式计算PSD位置传感器相对于被检仪器中心的距离值：

l＝d₁+(2n+1)d₂+d₃；

其中：l为PSD位置传感器相对于被检仪器中心的距离值，相当于《规范》中的直角坐标板相对于被检仪器中心的距离值；d₁为被检仪器中心与入射墙之间的距离值；d₂为激光的折返距离值；d₃为出射墙与PSD位置传感器之间的距离值。

处理器6获取通过获取由PSD位置传感器3传来的激光光斑点的位置信息，计算激光光斑中心相对于0＇位置的位置变化距离，0＇位置是通过精确整平被检仪器后，PSD位置传感器3读取的激光光斑中心位置。

在实际应用中，还可以向处理器6输入多种计算方法，例如，按照《规范》中的要求，利用《规范》提到的公式，直接以处理器6计算各种校准参数，更加智能快捷。

本发明提供的激光垂准仪数字化校准系统可用于激光垂准仪的激光垂准仪竖轴与激光光轴的同轴度、激光光轴与望远镜视准轴的同轴度、一测回垂准测量标准偏差校准等《规范》中需要以室外方法进行的校准项目。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种激光垂准仪数字化校准系统，其特征在于，包括放置装置(1)、光路折返装置(2)、PSD位置传感器(3)、倾角传感器(4)、红外测距传感器(5)、处理器(6)和终端用户设备(7)，其中：

所述放置装置(1)包括工作台(11)、放置底座(12)、L形支架(13)和五角棱镜(14)，所述工作台(11)安置于所述放置底座(12)上，所述五角棱镜(14)通过所述L形支架(13)架设于所述工作台(11)上方；所述工作台(11)为旋转微顷工作台，用于放置被检仪器，所述倾角传感器(4)设置于所述工作台(11)内，用于测量所述工作台(11)的倾斜角；

所述光路折返装置(2)包括入射墙(21)、出射墙(22)、光路折返底座(23)、限位滑块(24)、滑轨(25)和直角反射镜(26)，所述入射墙(21)和出射墙(22)均为光学玻璃墙，所述入射墙(21)固定安装于所述光路折返底座(23)靠近所述放置装置(1)的一端，所述滑轨(25)嵌入式安装于所述光路折返底座(23)上，所述出射墙(22)固定安装在所述限位滑块(24)上，所述限位滑块(24)和滑轨(25)匹配连接，所述入射墙(21)与出射墙(22)的伸展方向始终垂直于光路折返底座(23)的伸展方向；所述入射墙(21)和出射墙(22)上均设置有多组直角反射镜(26)，用于激光多次折返；红外测距传感器(5)的红外发射器(51)设置于所述入射墙(21)上，红外接收器(52)设置于所述限位滑块(24)上，用于测量激光的折返距离值；所述PSD位置传感器(3)靠近所述出射墙(22)设置，用于检测激光光斑点的位置信息；

所述处理器(6)的信号输入端通信连接所述PSD位置传感器(3)、倾角传感器(4)、红外测距传感器(5)、终端用户设备(7)的信号输出端，所述处理器(6)的信号输出端通信连接所述终端用户设备(7)。

2.根据权利要求1所述的激光垂准仪数字化校准系统，其特征在于，所述直角反射镜(26)包括入射-直角反射镜(261)和出射-直角反射镜(262)，所述入射墙(21)上设置有n个入射-直角反射镜(261)，所述出射墙(22)上设置有n个出射-直角反射镜(262)；以垂直于光路折返底座(23)的方向为竖直方向，所述入射-直角反射镜(261)和出射-直角反射镜(262)均匀交替设置，相邻入射-直角反射镜(261)和出射-直角反射镜(262)的竖直安装距离值等于入射-直角反射镜(261)的竖直安装距离值的1/2，也等于相邻出射-直角反射镜(262)的竖直安装距离值的1/2。

3.根据权利要求2所述的激光垂准仪数字化校准系统，其特征在于，在竖直方向上，所述红外发射器(51)的发射点、入射-直角反射镜(261)的入射点和入射-直角反射镜(261)的出射点均平齐；所述红外接收器(52)的接收点、出射-直角反射镜(262)的入射点和出射-直角反射镜(262)的出射点均平齐。

4.根据权利要求1所述的激光垂准仪数字化校准系统，其特征在于，所述直角反射镜(26)与所述入射墙(21)和出射墙(22)之间为可拆卸连接。

5.根据权利要求3所述的激光垂准仪数字化校准系统，其特征在于，所述处理器(6)按照以下公式计算PSD位置传感器相对于被检仪器中心的距离值：

l＝d₁+(2n+1)d₂+d₃；

其中：l为PSD位置传感器相对于被检仪器中心的距离值；d₁为被检仪器中心与入射墙之间的距离值；d₂为激光的折返距离值；d₃为出射墙与PSD位置传感器之间的距离值。

6.根据权利要求1所述的激光垂准仪数字化校准系统，其特征在于，所述处理器(6)获取通过获取由所述PSD位置传感器(3)传来的激光光斑点的位置信息，计算激光光斑中心相对于0＇位置的位置变化距离，所述0＇位置是通过精确整平被检仪器后，所述PSD位置传感器(3)读取的激光光斑中心位置。

7.根据权利要求1所述的激光垂准仪数字化校准系统，其特征在于，所述终端用户设备(7)为电脑、手机、平板电脑或穿戴式移动设备。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的激光垂准仪数字化校准系统的应用，其特征在于，用于激光垂准仪以室外方法进行校准。

9.根据权利要求8所述的激光垂准仪数字化校准系统的应用，其特征在于，用于激光垂准仪的激光垂准仪竖轴与激光光轴的同轴度、激光光轴与望远镜视准轴的同轴度、一测回垂准测量标准偏差校准。