CN110986848B - 一种精密测距装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种精密测距装置及其校准方法，该精密测距装置包括光学导轨及若干分布于光学导轨上的测距组件，光学导轨上安装有用于丈量长度待测距离的磁栅尺条，测距组件通过移动单元连接于光学导轨上，移动单元上固定安装有用于与磁栅尺条匹配的磁头，磁头与磁栅尺条进行配合，使得待测距离的读数在磁头中显示，测距组件包括多个测距元件，多个测距元件通过定位工件进行定位及校准，定位工件包括多个具有固定直径的圆形体，圆形体直径从定位工件的一端到另一端呈递增的趋势，本发明的精密测距装置能够提高测量精度，而且在使用前的校准工作中，能够提高定位精度。

Description

一种精密测距装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及一种长度测量技术，特别涉及一种精密测距装置及其校准方法。

背景技术

传统的光学导轨测量精度低，定位粗糙，只能适用于一些对精度要求不高的领域。现代工作中，许多测量工作的测量精度要求达到微米级，尤其是在光学测量方面，不精准的测量会对结果产生重大的影响。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种精密测距装置及其校准方法，该精密测距装置能够提高测量精度，而且在使用前的校准工作中，能够提高定位精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种精密测距装置，包括光学导轨及若干分布于所述光学导轨上的测距组件，所述光学导轨上安装有用于丈量长度待测距离的磁栅尺条，所述测距组件通过移动单元连接于所述光学导轨上，并可沿所述光学导轨移动，所述移动单元上固定安装有用于与所述磁栅尺条匹配的磁头，所述磁头与所述磁栅尺条进行配合，使得待测距离的读数在所述磁头中显示；

所述测距组件包括多个测距元件，多个所述测距元件通过定位工件进行定位及校准，所述定位工件包括多个具有固定直径的圆形体，多个所述圆形体依次叠加，所述圆形体直径从定位工件的一端到另一端呈递增的趋势，并且从所述定位工件的一端到另一端，多个所述圆形体的直径呈等差数列排布；

所述测距组件的测距元件包括标定板、镜头及COMS相机，所述标定板、镜头及COMS相机在所述光学导轨上依次排布；所述移动单元包括多个滑块，多个所述滑块与标定板、镜头及COMS相机一一对应，使得所述标定板、镜头及COMS相机分别通过所述滑块在光学导轨上移动。

可选的，所述标定板通过第一调节台组件连接在相应的滑块上；

所述镜头通过调节支架连接在相应的滑块上；

所述COMS相机通过第二调节台组件连接在相应的滑块上；

其中，所述第一调节台组件、调节支架、第二调节台组件分别对标定板、镜头及COMS相机进行定位调节。

可选的，所述第一调节台组件包括第一调节台及固定在第一调节台上的夹持块，所述夹持块上设有用于夹持所述标定板底部的夹持槽，所述夹持槽的一侧侧壁螺纹连接有用于压紧所述标定板底部的压紧螺钉，所述标定板的垂直度通过所述压紧螺钉调节。

可选的，所述调节支架包括固定在相应位置上的滑块上的固定板，所述固定板的顶部还安装有固定座，所述固定座的外侧连接有一底座，所述固定座与底座一体成型，所述底座的上部固定安装有用于夹持所述镜头的夹持装置，所述固定板在与所述固定座两侧相应的位置处还安装有用于对所述底座在垂直方向上进行微调的微调机构，所述底座在垂直方向上通过所述微调机构进行托举。

可选的，所述夹持装置包括两块具有夹持面的夹持板，两个所述夹持板的分布方向垂直于所述固定板的板面，两个所述夹持板之间夹持有压杆，两个所述夹持板的板面上具有与所述镜头截面契合的第一凹部，所述压杆上具有与所述镜头截面契合的第二凹部；

位于远离所述固定板的夹持板的两侧分别固定连接有用于调节所述压杆的高度的导杆，所述导杆上分布有若干调节孔，所述压杆通过螺钉与所述调节孔连接；

两个所述夹持板一体成型于一座体上，所述导杆一体成型于远离所述固定板的夹持板的两侧。

可选的，所述微调机构包括第一调节座以及第二调节座，其中，所述第一调节座固定安装在所述固定板上，所述第二调节座固定安装在底座底部的两侧；

所述第一调节座上螺纹连接有可在垂直方向上移动的调节杆，所述调节杆的顶部形成有半圆形的凹槽，所述第二调节座与所述调节杆同轴分布，且所述第二调节座的底部一体成型有与所述凹槽适配的凸部。

可选的，所述第二调节台组件包括第二调节台以及固定在第二调节台上部的定位板，所述COMS相机固定安装在定位板上；

所述定位板上还设有用于防止所述COMS相机滑移的阻挡部。

本发明还提供了上述的精密测距装置的校准方法，包括以下步骤：

将所述定位工件卡接在所述COMS相机的前端，以所述COMS相机所在位置为零点；

通过所述移动单元将所述标定板的侧部与所述定位工件的端部接触，在标定板的侧面接触所述定位工件的端部时，将所述磁头的读数调零；

将所述标定板再向后拉，然后再次使所述标定板的侧面接触所述定位工件，反复多次操作，若在标定板的侧面接触所述定位工件时，所述磁头的读数全部为零，完成所述标定板的校准；

通过所述调节支架中的夹持装置夹持所述定位工件，使所述夹持装置夹持定位工件位置处的圆形体的直径与所要选取的镜头的直径相等，待定位工件夹持稳定后，从夹持装置中抽出定位工件，然后再将所述镜头从夹持装置的左端或右端塞进夹持装置内，完成镜头安装；

通过所述移动单元将所述镜头的侧部与所述定位工件的端部接触，在镜头的侧面接触所述定位工件的端部时，将所述磁头的读数调零；

将所述镜头再向后拉，然后再次使所述镜头的侧面接触所述定位工件，反复多次操作，若在镜头的侧面接触所述定位工件时，所述磁头的读数全部为零，完成所述镜头的校准。

采用上述技术方案，本发明在测距时，可通过磁头与磁栅尺条的配合，将测距精度精确到0.01mm，极大地提高了测量精度。另外，本发明采用了定位工件配合本发明的校准方法，来对装置进行校准，极大地提高在校准时的定位精度，从而进一步达到提高测量精度的效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的定位工件的结构示意图；

图4是本发明的第一调节台组件的结构示意图；

图5是本发明的调节支架的结构示意图；

图6是本发明的微调机构的结构示意图；

图7是本发明的微调机构的主视图；

图8是本发明的夹持装置的结构示意图；

图9是本发明的夹持装置的主视图；

图10是本发明的第二调节台组件的结构示意图；

图11是本发明在校准标定板时的状态图；

图12是本发明在夹持装置在装夹定位工件时的状态图；

图13是本发明在校准镜头时的状态图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1和2所示，本发明公开了一种精密测距装置，包括光学导轨1及若干分布于光学导轨1上的测距组件2，光学导轨1上安装有用于丈量长度待测距离的磁栅尺条3，测距组件2通过移动单元4连接于光学导轨1上，并可沿光学导轨1移动，移动单元4上固定安装有用于与磁栅尺条3匹配的磁头5，磁头5与磁栅尺条3进行配合，使得待测距离的读数在磁头5中显示。在进行测距时，将光学导轨1靠近待测距的两点之间，并将测距组件2置于待测距离的两点或两点以上的待测点上，然后再通过相应磁头5上的读数确定相应的距离。也就是说，在本发明中，该装置的测距是通过光学导轨1、测距组件2、磁栅尺条3、移动单元4以及磁头5互相配合才可以完成。

在本实施例中，测距组件2包括多个测距元件，其中，至少包括一个标定组件和一个光学接收组件，使得标定组件与光学接收组件形成配合而进行测距。

在本实施例中，在测距之前，需要对多个测距元件进行校准，使其定位精确，由此得到，在本实施例中，多个测距元件通过定位工件6进行定位及校准，如图3所示，定位工件6包括多个具有固定直径的圆形体601，多个圆形体601依次叠加，圆形体601直径从定位工件6的一端到另一端呈递增的趋势，并且从定位工件6的一端到另一端，在多个圆形体601中，每相邻的两个圆形体601的直径之差相等，即多个圆形体601的直径呈等差数列排布。

在本发明的一个实施例中，上述的圆形体601可为圆环体，通过多个直径依次增加的圆环体互相叠加并焊接而形成。在本发明的另一个实施例中，上述的定位工件6也可以是通过在一个圆柱体上车削多个直径依次增加的台阶而形成，在这里，台阶即是圆形体601。当然，无论定位工件6是采取何种方式而形成，其形成的多个直径依次递增的圆形体601的直径都是已知的。

在本实施例中，测距组件2的测距元件包括标定板201、镜头202及COMS相机203，标定板201、镜头202及COMS相机203在光学导轨1上依次排布。其中，标定板201及其附件为上述的标定组件，而COMS相机203及其组件即上述的光学接收组件。

在本实施例中，如图1所示，移动单元4包括多个滑块401，多个滑块401与标定板201、镜头202及COMS相机203一一对应，使得标定板201、镜头202及COMS相机203分别通过滑块401在光学导轨1上移动。也就是说，在本实施例中，滑块401的数量是三个，三个滑块401分别用于固定连接标定板201、镜头202及COMS相机203，使得标定板201、镜头202及COMS相机203可分别随各自的滑块401的移动而移动，以实现将标定板201、镜头202及COMS相机203分别置于待测点上。

当然，在本实施例中，标定板201、镜头202及COMS相机203并非直接连接于滑块401上，而是分别通过相应的连接组件连接在滑块401上的。其中，标定板201通过第一调节台组件7连接在相应的滑块401上，镜头202通过调节支架8连接在相应的滑块401上，COMS相机203通过第二调节台组件9连接在相应的滑块401上。另外，第一调节台组件7、调节支架8分别对标定板201、镜头202进行夹持，第二调节台组件9对COMS相机203进行定位调节，使得标定板201、镜头202及COMS相机203在校准时能够更精确的定位。

具体的，在本实施例中，如图4所示，第一调节台组件7包括第一调节台701及固定在第一调节台701上的夹持块702，夹持块702上设有用于定位标定板201底部的夹持槽703，夹持槽703的一侧侧壁螺纹连接有用于压紧标定板201底部的压紧螺钉704，压紧螺钉共设三颗，其中，标定板201的垂直度通过位于中间的压紧螺钉704进行调节。

如图5所示，调节支架8包括固定在相应位置上的滑块401上的固定板801，固定板801的顶部还安装有固定座802，固定座802可通过螺钉组连接在固定板801上，以便于调节固定座802的安装高度，当然，还需要在固定板801上开设用于紧固螺钉组的第一滑槽，使得第一滑槽与螺钉组配合而完成调节和紧固。固定座802的外侧连接有一底座803，固定座802与底座803为一个整体件。底座803的上部固定安装有用于夹持镜头202的夹持装置804，固定板801在与固定座802两侧相应的位置处还安装有用于对底座803在垂直方向上进行微调的微调机构805，底座803在垂直方向上通过微调机构805进行托举。

如图8、9所示，上述的夹持装置804包括两块具有夹持面的夹持板8041，两个夹持板8041的分布方向垂直于固定板801的板面，两个夹持板8041之间夹持有压杆8042，两个夹持板8041的板面上具有与镜头202截面的底侧契合的第一凹部8043，同时，压杆8042上具有与镜头202截面的顶侧契合的第二凹部8044。在距离固定板801较远的夹持板8041的两侧分别固定连接有用于调节压杆8042高度的导杆8045，导杆8045上分布有若干调节孔8046，压杆8042通过螺钉与调节孔8046连接。在本实施例中，两个夹持板8041一体成型于一座体上，使座体与两个夹持板8041的截面呈U型，另外，导杆8045也可一体成型于远离固定板801的夹持板8041的两侧。

在本实施例中，如图6、7所示，上述的微调机构805包括第一调节座8051以及第二调节座8052，其中，第一调节座8051固定安装在固定板801上，第二调节座8052固定安装在底座803底部的两侧。在第一调节座8051上螺纹连接有可在垂直方向上移动的调节杆8053，调节杆8053的顶部形成有半圆形的凹槽(图中未示出)，第二调节座8052与调节杆8053同轴分布，且第二调节座8052的底部一体成型有与凹槽适配的凸部8054。在需要对底座803进行微调时，转动调节杆8053即可，当然，该微调的幅度较小，在本实施例中，微调的幅度在0.1mm～0.8mm之间。

在本实施例中，如图10所示，第二调节台组件9包括第二调节台901以及固定在第二调节台901上部的定位板902，COMS相机203固定安装在定位板902上。定位板902上还设有用于防止COMS相机203滑移的阻挡部903。在校准COMS相机203时，需使其前端面(摄像头面)与光学导轨1的轴向垂直。

本实施例提供了一种精密测距装置的校准方法，其包括以下步骤：

S1、将定位工件6卡接在COMS相机203的前端，以COMS相机203所在位置为零点。

S2、如图11所示，通过相应的移动单元4将标定板201的侧部与定位工件6的端部接触，在标定板201的侧面接触定位工件6的端部时，将磁头5的读数调零。

S3、将标定板201再向后拉，然后再次使标定板201的侧面接触定位工件6，反复多次操作，若在标定板201的侧面接触定位工件6时，磁头5的读数全部为零，完成标定板201的校准，若磁头5的读数是非零，则重新开始计次。

例如，以需要反复操作4次为例，如果操作4次，磁头5的读数全部为零，则完成标定板201的校准，然后进入下一步。但是，如果在4次中出现了第n次读数不为零，则从第n+1次操作重新计次，直至连续4次读数全部为零，完成校准。

S4、如图12所示，通过调节支架8中的夹持装置804夹持定位工件6，使夹持装置804夹持定位工件6位置处的圆形体601的直径与所要选取的镜头202的直径相等，例如需要的镜头202的直径为30mm，则使夹持装置804夹持定位工件6上直径为30mm(已知的)的圆形体601，待定位工件6夹持稳定后，从夹持装置804中抽出定位工件6，然后再将镜头202从夹持装置804的左端或右端塞进夹持装置804内，完成镜头202安装。在这一过程中，以定位工件6作为模板，使夹持装置804先夹持定位工件6，再夹持镜头202，可避免夹持装置804在镜头202的径向上施力，保护了镜头202的外壳。

S5、如图13所示，通过相应的移动单元4将镜头202的侧部与定位工件6的端部接触，在镜头202的侧面接触定位工件6的端部时，将磁头5的读数调零。

S6、将镜头202再向后拉，然后再次使镜头202的侧面接触定位工件6，反复多次操作，若在镜头202的侧面接触定位工件6时，磁头5的读数全部为零，完成镜头202的校准。

上述的S6的操作参考S3，区别仅仅是校准对象的不同。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种精密测距装置，其特征在于，包括光学导轨(1)及若干分布于所述光学导轨(1)上的测距组件(2)，所述光学导轨(1)上安装有用于丈量长度待测距离的磁栅尺条(3)，所述测距组件(2)通过移动单元(4)连接于所述光学导轨(1)上，并可沿所述光学导轨(1)移动，所述移动单元(4)上固定安装有用于与所述磁栅尺条(3)匹配的磁头(5)，所述磁头(5)与所述磁栅尺条(3)进行配合，使得待测距离的读数在所述磁头(5)中显示；

所述测距组件(2)包括多个测距元件，多个所述测距元件通过定位工件(6)进行定位及校准，所述定位工件(6)包括多个具有固定直径的圆形体(601)，多个所述圆形体(601)依次叠加，所述圆形体(601)直径从定位工件(6)的一端到另一端呈递增的趋势，并且从所述定位工件(6)的一端到另一端，多个所述圆形体(601)的直径呈等差数列排布；

所述测距组件(2)的测距元件包括标定板(201)、镜头(202)及COMS相机(203)，所述标定板(201)、镜头(202)及COMS相机(203)在所述光学导轨(1)上依次排布；

所述移动单元(4)包括多个滑块(401)，多个所述滑块(401)与标定板(201)、镜头(202)及COMS相机(203)一一对应，使得所述标定板(201)、镜头(202)及COMS相机(203)分别通过所述滑块(401)在光学导轨(1)上移动。

2.根据权利要求1所述的精密测距装置，其特征在于，所述标定板(201)通过第一调节台组件(7)连接在相应的滑块(401)上；

所述镜头(202)通过调节支架(8)连接在相应的滑块(401)上；

所述COMS相机(203)通过第二调节台组件(9)连接在相应的滑块(401)上；

其中，所述第一调节台组件(7)、调节支架(8)、第二调节台组件(9)分别对标定板(201)、镜头(202)及COMS相机(203)进行定位调节。

3.根据权利要求2所述的精密测距装置，其特征在于，所述第一调节台组件(7)包括第一调节台(701)及固定在第一调节台(701)上的夹持块(702)，所述夹持块(702)上设有用于夹持所述标定板(201)底部的夹持槽(703)，所述夹持槽(703)的一侧侧壁螺纹连接有用于压紧所述标定板(201)底部的压紧螺钉(704)，所述标定板(201)的垂直度通过所述压紧螺钉(704)调节。

4.根据权利要求3所述的精密测距装置，其特征在于，所述调节支架(8)包括固定在相应位置上的滑块(401)上的固定板(801)，所述固定板(801)的顶部还安装有固定座(802)，所述固定座(802)的外侧连接有一底座(803)，所述固定座(802)与底座(803)一体成型，所述底座(803)的上部固定安装有用于夹持所述镜头(202)的夹持装置(804)，所述固定板(801)在与所述固定座(802)两侧相应的位置处还安装有用于对所述底座(803)在垂直方向上进行微调的微调机构(805)，所述底座(803)在垂直方向上通过所述微调机构(805)进行托举。

5.根据权利要求4所述的精密测距装置，其特征在于，所述夹持装置(804)包括两块具有夹持面的夹持板(8041)，两个所述夹持板(8041)的分布方向垂直于所述固定板(801)的板面，两个所述夹持板(8041)之间夹持有压杆(8042)，两个所述夹持板(8041)的板面上具有与所述镜头(202)截面契合的第一凹部(8043)，所述压杆(8042)上具有与所述镜头(202)截面契合的第二凹部(8044)；

位于远离所述固定板(801)的夹持板(8041)的两侧分别固定连接有用于调节所述压杆(8042)的高度的导杆(8045)，所述导杆(8045)上分布有若干调节孔(8046)，所述压杆(8042)通过螺钉与所述调节孔(8046)连接；

两个所述夹持板(8041)一体成型于一座体上，所述导杆(8045)一体成型于远离所述固定板(801)的夹持板(8041)的两侧。

6.根据权利要求5所述的精密测距装置，其特征在于，所述微调机构(805)包括第一调节座(8051)以及第二调节座(8052)，其中，所述第一调节座(8051)固定安装在所述固定板(801)上，所述第二调节座(8052)固定安装在底座(803)底部的两侧；

所述第一调节座(8051)上螺纹连接有可在垂直方向上移动的调节杆(8053)，所述调节杆(8053)的顶部形成有半圆形的凹槽，所述第二调节座(8052)与所述调节杆(8053)同轴分布，且所述第二调节座(8052)的底部一体成型有与所述凹槽适配的凸部(8054)。

7.根据权利要求6所述的精密测距装置，其特征在于，所述第二调节台组件(9)包括第二调节台(901)以及固定在第二调节台(901)上部的定位板(902)，所述COMS相机(203)固定安装在定位板(902)上；

所述定位板(902)上还设有用于防止所述COMS相机(203)滑移的阻挡部(903)。

8.一种如权利要求7所述的精密测距装置的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述定位工件(6)卡接在所述COMS相机(203)的前端，以所述COMS相机(203)所在位置为零点；

通过所述移动单元(4)将所述标定板(201)的侧部与所述定位工件(6)的端部接触，在标定板(201)的侧面接触所述定位工件(6)的端部时，将所述磁头(5)的读数调零；

将所述标定板(201)再向后拉，然后再次使所述标定板(201)的侧面接触所述定位工件(6)，反复多次操作，若在标定板(201)的侧面接触所述定位工件(6)时，所述磁头(5)的读数全部为零，完成所述标定板(201)的校准；

通过所述调节支架(8)中的夹持装置(804)夹持所述定位工件(6)，使所述夹持装置(804)夹持定位工件(6)位置处的圆形体(601)的直径与所要选取的镜头(202)的直径相等，待定位工件(6)夹持稳定后，从夹持装置(804)中抽出定位工件(6)，然后再将所述镜头(202)从夹持装置(804)的左端或右端塞进夹持装置(804)内，完成镜头(202)安装；

通过所述移动单元(4)将所述镜头(202)的侧部与所述定位工件(6)的端部接触，在镜头(202)的侧面接触所述定位工件(6)的端部时，将所述磁头(5)的读数调零；

将所述镜头(202)再向后拉，然后再次使所述镜头(202)的侧面接触所述定位工件(6)，反复多次操作，若在镜头(202)的侧面接触所述定位工件(6)时，所述磁头(5)的读数全部为零，完成所述镜头(202)的校准。

Images