CN111442739B - 一种用于动水槽水下三维成像的定标系统及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于动水槽水下三维成像的定标系统，本定标系统包括激光网络装置，用于动水槽中激光网络的定标，激光网络和其空间位置皆具有可调性；还包括激光调平对准装置，其用于对激光单元所产生的光束进行水平与垂直的调平与对准。激光网络装置利用激光在水中的投射性高、衰减性小、扰动性小、光学测量精度高等特点，解决动水中测量的标定问题，大大提高了实验数据的精确性与可靠性。本发明还涉及用于动水槽水下三维成像的定标系统的构建方法，包括5个步骤。该构建方法便于实施，满足了动水槽实验的条件，适宜于在本行业推广和利用。

Description

一种用于动水槽水下三维成像的定标系统及构建方法

技术领域

本发明涉及一种用于动水槽水下三维成像的定标系统及构建方法，属于水下检测装置技术领域。

背景技术

随着海洋科技的迅猛发展，在海洋工程、渔业生产、水文、水力机械及运动科学等方面，都有越来越多的流体力学问题需要研究和解决。动水槽大多为循环水槽，是使水流动，把模型置于流动的水中测量的一种水动力试验设备，在循环水槽中，水借助于动力系统以一定的速度作循环流动，在工作段可作长时间的测试，这样便于进行速度和压力的测量。但是由于轨道以及流动水负载与压力的限制，只能将成像系统放置在槽体的底面或侧面的观察窗，该种成像方式较为局限，不能进行水中成像、水中测距、水中标度等实验，更不能在水中实现立体成像与三维网络。若在动水槽实验中，具备三维成像系统进行测距、成像与标度等功能，将大大提高实验数据的精确性与可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于动水槽的水下定标成像系统，能够进行水下成像与定标。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于动水槽水下三维成像的定标系统，包括激光网络装置和激光调平对准装置，所述激光网络装置与动水槽的行车固接，用于动水槽中激光网络的定标，激光网络和其空间位置皆具有可调性；所述激光调平对准装置用于对激光网络装置中激光单元所产生的光束进行水平与垂直的调平与对准。

进一步，所述激光网络装置包括处于同一平面内正交的水平直线导轨和垂直直线导轨、数个滑动安装在两直线导轨上的激光单元和安装在直线导轨两端的锁紧垫脚,其中一根导轨与动水槽的行车固定。所述激光网络装置的两正交导轨形成一平面网络，可随行车移动，实现激光网络装置空间位置的调整。

进一步，所述激光单元包括滑块、激光发射器、固定壳体、数个调平弹簧和数个调平螺栓，所述滑块的底部开设与直线导轨相配合的滑槽，所述调平弹簧依次排列安装在滑块的顶端，所述固定壳体安装在调平弹簧的顶部，所述调平螺栓的位置与调平弹簧相对，调平螺栓的一端固接在固定壳体的顶端，另一端穿过固定壳体和调平弹簧并连接在滑块上，所述激光发射器安装在固定壳体上。

进一步，所述直线导轨与动水槽通过锁紧垫脚相连接，所述直线导轨的底部安装有限位螺栓，用于激光单元在直线导轨上的定位，激光单元可以根据限位螺栓孔间的距离调整其单位距离，实现激光网络的可调性。

进一步，所述调平螺栓与调平弹簧的数量均为4个。

进一步，所述激光网络装置中位于水平向的直线导轨的两端均设置有水平仪，用于两个正交直线导轨安装位置的校准。

进一步，所述激光调平对准装置为铅垂线校准。校准时垂直导轨的激光单元打在铅垂线上并在线上产形成一条发光直线，调整使水平导轨的激光单元与垂直导轨激光单元的光路交点在一条直线上。

本发明还公开了上述定标系统的构建方法，包括以下步骤：

S1、根据不同动水槽的使用环境以及试验场地的要求，在定制好的直线导轨101上依次排列安装数个激光单元；

S2、在直线导轨的两端安装锁紧垫脚；

S3、通过锁紧垫脚将直线导轨与动水槽连接起来；

S4、在直线导轨的底部安装限位螺栓，对激光单元进行固定和定位。

S5、利用铅垂线对两直线导轨上激光单元所产生的光路进行调平对准。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过设置激光网络装置和激光调平对准装置，用于动水槽中激光网络的成像与定标，激光网络和其空间位置皆具有可调性，利用激光在水中的投射性高、衰减性小、扰动性小、光学测量精度高等特点，解决动水中测量的标定问题，大大提高了实验数据的精确性与可靠性。

2、限位螺栓用于激光单元在直线导轨上的定位，便于在实验过程中根据不同的要求在直线导轨上进行固定和限位，能扩大实验装置的应用范围，而且调节方便，可在不同的实验与环境下提供辅助测试，解决了当前水下标尺与成像系统应用单一、无法实现水下立体成像等问题。

3、激光单元采用调节调平螺栓的松紧程度进而调节调平弹簧的压缩量，以保证激光发射器的激光光路的可调性、精准性；通过螺栓调平的方式大大提高了实验过程中检测装置调试的便利性与适用性。

4、本发明动水槽水下三维成像的定标系统的构建方法实施方便，实验及高度高，适宜推广利用。

附图说明

图1为本发明用于动水槽水下三维成像的定标系统的结构示意图。

图2为本发明中激光网络装置的结构示意图。

图3为本发明中激光单元安装与直线导轨的连接示意图。

图4为本发明中激光单元的结构示意图。

图5为本发明中铅垂线的的结构示意图。

图6为本发明中直线导轨两端设置水平仪时的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。

结合图1、图2所示，一种用于动水槽水下三维成像的定标系统，包括激光网络装置1和激光调平对准装置2，所述激光网络装置1与动水槽3的行车固接，用于动水槽中激光网络的定标，激光网络和其空间位置皆具有可调性；所述激光调平对准装置用于对激光网络装置中激光单元所产生的光束进行水平与垂直的调平与对准。激光调平对准装置采用铅垂线2校准的方式。

结合图2与图3所示，所述激光网络装置1包括处于同一平面内正交的两个直线导轨101、数个滑动安装在两直线导轨101上的激光单元102和安装在直线导轨两端的锁紧垫脚103,其中一根导轨101与动水槽3的行车(图中未表示)固定。所述激光网络装置的两正交导轨形成一平面网络，可随行车移动，实现激光网络装置空间位置的调整。

作为激光网络装置空间位置调节的优选方案，所述直线导轨101与动水槽3通过锁紧垫脚103相连接，所述直线导轨101的底部安装有限位螺栓104，用于激光单元102在直线导轨101上的定位，激光单元102可以根据限位螺栓孔间的距离调整其单位距离。旋动松开限位螺栓104，激光单元102能够在直线导轨101上移动，实现对激光网络的调整。

结合图4所示，所述激光单元102包括滑块1022、激光发射器1021、固定壳体1023、数个调平弹簧1024和数个调平螺栓1025。所述滑块1022的底部开设与直线导轨101相配合的滑槽1026，所述调平弹簧1024依次排列安装在滑块1022的顶端，所述固定壳体1023安装在调平弹簧1024的顶部，所述调平螺栓1025的位置与调平弹簧1024相对，调平螺栓1025的一端固接在固定壳体1023的顶端，另一端穿过固定壳体1023和调平弹簧1024并连接在滑块1022上，所述激光发射器1021安装在固定壳体1023上。通过调节调平螺栓1025的松紧程度进而调节调平弹簧1024的压缩量，以保证激光发射器1021的激光光路的可调性、精准性，利用螺栓调平的方式大大提高了实验过程中检测装置调试的便利性与适用性。调平弹簧1024和调平螺栓1025的数量优选均为4个。

结合图6，所述激光网络装置中位于水平向的直线导轨的两端均设置有水平仪4，用于两正交直线导轨安装位置的校准。

本发明还提供了上述用于动水槽水下三维成像的定标系统的构建方法，包括以下步骤：

S1、根据不同动水槽的使用环境以及试验场地的要求，在定制好的直线导轨101上依次排列安装数个激光单元102；

S2、在直线导轨101的两端安装锁紧垫脚103，

S3、通过锁紧垫脚103将直线导轨101与动水槽3连接起来，

S4、在直线导轨101的底部安装限位螺栓104，对激光单元102进行固定和定位；

S5、利用铅垂线2对两直线导轨101上激光单元102所产生的光路进行调平对准。校准时垂直导轨的激光单元打在铅垂线上并在线上产形成一条发光直线，调整使水平导轨的激光单元与垂直导轨激光单元的光路交点在一条直线上。

本发明通过设置激光网络装置和激光调平对准装置，用于动水槽中激光网络的成像与定标，激光网络和其空间位置皆具有可调性，利用激光在水中的投射性高、衰减性小、扰动性小、光学测量精度高等特点，解决动水中测量的标定问题，大大提高了实验数据的精确性与可靠性。

以上所述，仅是本发明优选实施例的描述说明，并非对本发明保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于动水槽水下三维成像的定标系统，其特征在于：

包括激光网络装置和激光调平对准装置，所述激光网络装置与动水槽的行车固接，用于动水槽中激光网络的定标，激光网络和其空间位置皆具有可调性；所述激光调平对准装置用于对激光网络装置中激光单元所产生的光束进行水平与垂直的调平与对准。

2.根据权利要求1所述的用于动水槽水下三维成像的定标系统，其特征在于：

所述激光网络装置包括处于同一平面内正交的两个直线导轨、数个滑动安装在两直线导轨上的激光单元和安装在直线导轨两端的锁紧垫脚,其中一根导轨与动水槽的行车固定。

3.根据权利要求2所述的用于动水槽水下三维成像的定标系统，其特征在于：

所述激光单元包括滑块、激光发射器、固定壳体、数个调平弹簧和数个调平螺栓，所述滑块的底部开设与直线导轨相配合的滑槽，所述调平弹簧依次排列安装在滑块的顶端，所述固定壳体安装在调平弹簧的顶部，所述调平螺栓的位置与调平弹簧相对，调平螺栓的一端固接在固定壳体的顶端，另一端穿过固定壳体和调平弹簧并连接在滑块上，所述激光发射器安装在固定壳体上，

所述激光发射器安装在固定壳体上。

4.根据权利要求2所述的用于动水槽水下三维成像的定标系统，其特征在于：

所述直线导轨与动水槽通过锁紧垫脚相连接，所述直线导轨的底部安装有限位螺栓，用于激光单元在直线导轨上的定位，激光单元可以根据限位螺栓孔间的距离调整其单位距离。

5.根据权利要求2所述的用于动水槽水下三维成像的定标系统，其特征在于：

所述调平螺栓与调平弹簧的数量均为4个。

6.根据权利要求2所述的用于动水槽水下三维成像的定标系统，其特征在于：

所述激光网络装置中位于水平向的直线导轨的两端均设置有水平仪，用于两正交直线导轨安装位置的校准。

7.根据权利要求1所述的用于动水槽水下三维成像的定标系统，其特征在于：

所述激光调平对准装置为铅垂线校准。

8.一种用于动水槽水下三维成像的定标系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据不同动水槽的使用环境以及试验场地的要求，在定制好的直线导轨上依次排列安装数个激光单元；

S2、在直线导轨的两端安装锁紧垫脚；

S3、通过锁紧垫脚将直线导轨与动水槽连接起来，

S4、在直线导轨的底部安装限位螺栓，对激光单元进行固定和定位；

S5、利用铅垂线对两直线导轨上激光单元所产生的光路进行调平对准。

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