CN111707222A - 一种三维测距仪及其测量使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维测距仪，包括：壳体；承托盘，所述壳体同轴转动设置于所述承托盘上方，所述承托盘的底部中心固定设置有铅直对点装置；基准对齐装置，所述壳体外周面固定设置有用于与基准线对齐的基准对齐装置；测距处理系统，包括数据处理模块、交互模块、测距模块，所述数据处理模块与交互模块、测距模块电性连接，所述测距模块的测量方向与所述基准对齐装置的对齐方向垂直；水准调节装置，所述承托盘上设置有用于保持壳体呈水平的水准调节装置。通过基准对齐装置和水准调节装置的配合，并结合测距模块的测量方向与基准对齐装置的对齐方向垂直的设立，可以较为精确的对待测墙壁的距离及平整度进行三维测量，测量误差小，使用便利。

Description

一种三维测距仪及其测量使用方法

技术领域

本发明涉及光机电一体化设备技术领域，具体涉及一种三维测距仪及其测量使用方法。

背景技术

近几年来，随着科学技术的发展，激光测距仪被越来越多地应用于航空航天、机器人等领域。为获取被测物体的三维环境信息，通常需要构建三维激光测距系统。

然而现有的三维测距装置会存在因测量基准不稳定而存在明显的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维测距仪来解决上述难题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三维测距仪，包括：

壳体；

承托盘，所述壳体同轴转动设置于所述承托盘上方，所述承托盘的底部中心固定设置有铅直对点装置；

基准对齐装置，所述壳体外周面固定设置有用于与基准线对齐的基准对齐装置；

测距处理系统，包括数据处理模块、交互模块、测距模块，所述数据处理模块与交互模块、测距模块电性连接，

所述测距模块的测量方向与所述基准对齐装置的对齐方向垂直；

水准调节装置，所述承托盘上设置有用于保持壳体呈水平的水准调节装置。

作为本发明的一种改进，所述基准对齐装置包括横向射线发生器和纵向射线发生器，所述纵向射线发生器的发射延伸线通过所述横向射线发生器的中点。

作为本发明的一种改进，所述壳体通过旋转切换装置与所述承托盘转动连接，所述旋转切换装置包括：

承托盘的内抵接部，所述承托盘为上端开口的空腔结构，其内腔一体成型有内抵接部，所述内抵接部将承托盘的内腔分隔成密封空间和抵接空间，所述抵接空间用于抵接所述壳体，所述密封空间设置有负压真空机；

通气转盘，所述承托盘内腔的底部中心转动设置有通气转盘，所述通气转盘分为上通气部和下转盘部，所述上通气部竖直而设且位于所述抵接空间内，所述下转盘部水平而设且位于所述密封空间内，所述通气转盘内部设有一空气流道；

传动齿轮组，所述通气转盘上设置有传动齿轮组，通过传动齿轮组将所述通气转盘与旋转手柄传动连接；

第一弹性件，所述通气转盘的上通气部外周套设有第一弹性件；

密封环，所述第一弹性件上端固接有密封环，所述密封环与所述空气流道之间密封配合；

弹性密封圈，所述内抵接部上还固定设置有弹性密封圈，所述弹性密封圈位于所述密封环的外围；

壳体的压头，所述壳体的下端面一体成型有压头，所述压头的下端与所述密封环接触，所述压头的侧面与所述弹性密封圈接触；

活塞套，所述壳体的下端面中心贯穿固定设置有活塞套；

第二弹性件，所述活塞套的外周面套设有第二弹性件；

活塞杆，所述活塞套内设置有活塞杆，所述活塞杆与所述第二弹性件连接，所述活塞杆分为圆形头部和花形杆部，所述圆形头部与所述活塞套形成活塞结构，所述花形杆部与所述活塞套形成同轴转动结构；

所述花形杆部的下端与所述通气转盘的上端面开设的卡接座插接配合。

作为本发明的一种改进，所述承托盘的上端内周面设有有卡块，所述壳体的外壁开设有与所述卡块相适配的滑槽。

作为本发明的一种改进，所述测距模块包括第一测距器、第二测距器、第三测距器；

所述第一测距器、第二测距器相对而设的固定设置于所述壳体外周面上；

所述第三测距器固定设置于所述壳体的顶部。

作为本发明的一种改进，所述数据处理模块设置于所述壳体的内腔，所述交互模块设置于所述壳体的外周面上。

作为本发明的一种改进，所述水准调节装置包括：

水准指针，竖直固定贴合于所述壳体的外周面上，所述水准指针的上端固接有水准气泡；

刻度环，所述承托盘的外周面固接有刻度环。

一种三维测距仪测量使用方法，应用所述的三维测距仪对房屋墙壁进行平整度测量，包括以下步骤：

S10、绘制基准线：在待测房屋的墙壁上绘制水平基准线，在待测房屋的地面上绘制十字基准线；

S20、将三维测距仪固定在可上下伸缩的三脚架上；

S30、启动三维测距仪上的铅直对点装置，使铅直对点装置上的对点能够对齐于待测房屋的地面上十字基准线的其中一条；

S40、启动基准对齐装置，使其发射激光射线；

S50、向下按压三维测距仪上的壳体，并启动三维测距仪上的负压真空机；

S60、旋转三维测距仪上的旋转手柄，使基准对齐装置发出的激光射线与地面上十字基准线的其中一条基准线重合；

S70、启动测距处理系统，使测距模块的测距高度与在待测房屋的墙壁上的水平基准线保持同一高度；

S80、通过测距模块对待测房屋的墙壁、顶面进行距离测量，将测量数据传送至数据处理模块中进行存储；

S90、沿地面上十字基准线多次移动三维测距仪，并重复以上S30-S80的操作步骤，获得多组测量数据；

S100、计算比较步骤S90的测量数据，根据多组测量数据之间的差值范围从而获得待测房屋的墙壁以及顶面的平整度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的正面结构图；

图2为本发明的背面结构图；

图3为本发明处于真空衔合状态的内部剖视图；

图4为本发明处于真空衔合状态的局部放大图；

图5为本发明处于真空衔合状态的活塞杆、通气转盘的结构连接图；

图6为本发明处于回位脱离状态的内部剖视图；

图7为本发明处于回位脱离状态的局部放大图；

图8为本发明处于回位脱离状态的活塞杆、通气转盘的结构连接图；

图9为本发明的三维测距仪使用过程示意图。

图中各构件为：

10-壳体,11-压头,12-滑槽,

20-承托盘,21-内抵接部,22-密封空间,23-抵接空间,24-卡块,

30-铅直对点装置,

40-基准对齐装置,41-横向射线发生器,42-纵向射线发生器,

50-测距处理系统,51-第一测距器,52-第二测距器,53-第三测距器,54-交互模块,

60-水准调节装置,61-水准指针,62-水准气泡,63-刻度环,

70-旋转切换装置,71-负压真空机,72-通气转盘,721-上通气部,722-下转盘部,723-空气流道,724-卡接座,73-传动齿轮组,74-旋转手柄,75-第一弹性件,76-密封环,77-弹性密封圈,78-活塞套,79-第二弹性件,710-活塞杆,7101-圆形头部,7102-花形杆部。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，一种三维测距仪，包括：

壳体10；

承托盘20，所述壳体10同轴转动设置于所述承托盘20上方，所述承托盘20的底部中心固定设置有铅直对点装置30；铅直对点装置30可具体实施为激光对点器；

基准对齐装置40，所述壳体10外周面固定设置有用于与基准线对齐的基准对齐装置40；

测距处理系统50，包括数据处理模块、交互模块、测距模块，所述数据处理模块与交互模块、测距模块电性连接，

所述测距模块的测量方向与所述基准对齐装置40的对齐方向垂直；

水准调节装置60，所述承托盘20上设置有用于保持壳体10呈水平的水准调节装置60。

上述技术方案的工作原理：本发明提供的三维测距仪结合施工现场常用的三脚架对待测房屋某一面墙壁进行平整度的检测。其检测原理是先在待测房屋内内绘制一条基准线，将三维测距仪安装在三脚架上并通过基准对齐装置40使三维测距仪与所绘制的基准线对齐，然后再通过水准调节装置60使三维测距仪始终保持水平状态，再启动测距处理系统50测算三维测距仪与待检测墙壁之间的距离，然后沿着基准线移动三脚架，更换多个测量点进行多次测量。根据基准线上多个测量点所测得的三维测距仪与待测墙壁之间的距离数据进行对比。如果多组数据之间的差异在可接受范围内，则待测墙壁的平整度合格；如果多组数据之间的差异较大，则待测墙壁的平整度也较差。

上述技术方案的有益效果：通过基准对齐装置和水准调节装置的配合，并结合测距模块的测量方向与基准对齐装置的对齐方向垂直的设立，可以较为精确的对待测墙壁的距离及平整度进行三维测量，测量误差小，使用便利。

作为本发明的一个实施例，所述基准对齐装置40包括横向射线发生器41和纵向射线发生器42，所述纵向射线发生器42的发射延伸线通过所述横向射线发生器41的中点。

上述技术方案的工作原理及有益效果：横向射线发生器41和纵向射线发生器42的作用是分别针对事先绘制的横向基准线或纵向基准线进行对齐。由于测距模块的测量方向与基准对齐装置的对齐方向垂直的，在基准对齐装置40和基准线对齐的状态下，测距模块的测量方向与基准线垂直，达到三维测距的目的。

作为本发明的一个实施例，所述壳体10通过旋转切换装置70与所述承托盘20转动连接，所述旋转切换装置70包括：

承托盘20的内抵接部21，所述承托盘20为上端开口的空腔结构，其内腔一体成型有内抵接部21，所述内抵接部21将承托盘20的内腔分隔成密封空间22和抵接空间23，所述抵接空间23用于抵接所述壳体10，所述密封空间22设置有负压真空机71；

通气转盘72，所述承托盘20内腔的底部中心转动设置有通气转盘72，所述通气转盘72分为上通气部721和下转盘部722，所述上通气部721竖直而设且位于所述抵接空间23内，所述下转盘部722水平而设且位于所述密封空间22内，所述通气转盘72内部设有一空气流道723；

传动齿轮组73，所述通气转盘72上设置有传动齿轮组73，通过传动齿轮组73将所述通气转盘72与旋转手柄74传动连接；

第一弹性件75，所述通气转盘72的上通气部721外周套设有第一弹性件75；

密封环76，所述第一弹性件75上端固接有密封环76，所述密封环76与所述空气流道723之间密封配合；

弹性密封圈77，所述内抵接部21上还固定设置有弹性密封圈77，所述弹性密封圈77位于所述密封环76的外围；

壳体10的压头11，所述壳体10的下端面一体成型有压头11，所述压头11的下端与所述密封环76接触，所述压头11的侧面与所述弹性密封圈77接触；

活塞套78，所述壳体10的下端面中心贯穿固定设置有活塞套78；

第二弹性件79，所述活塞套78的外周面套设有第二弹性件79；

活塞杆710，所述活塞套78内设置有活塞杆710，所述活塞杆710与所述第二弹性件79连接，所述活塞杆710分为圆形头部7101和花形杆部7102，所述圆形头部7101与所述活塞套78形成活塞结构，所述花形杆部7102与所述活塞套78形成同轴转动结构；

所述花形杆部7102的下端与所述通气转盘72的上端面开设的卡接座724插接配合。

所述承托盘20的上端内周面设有有卡块24，所述壳体10的外壁开设有与所述卡块24相适配的滑槽12。

上述技术方案的工作原理及有益效果：

壳体10同轴转动设置于承托盘20目的一方面通过调整二者的相对位置从而调整水准状态，另一方面是调整基准对齐装置40上的射线能够与水准线对齐。然而现有的壳体10与承托盘20之间的联动方式一般为直接传动式连接，当壳体10转动到指定位置后，在进行其它操作时，难免会对壳体10施加产生转矩的作用力，这种作用力会在很大程度上破坏壳体10与承托盘20之间的联动结构。

为此，本实施例采用旋转切换装置70以实现壳体10与承托盘20之间的连接。在旋转切换装置70的连接作用下，壳体10与承托盘20共有两种连接形态：真空衔合状态和回位脱离状态。

真空衔合状态：在该状态下，壳体10和通气转盘72之间衔合传动连接，在转动旋转手柄74时，壳体10也随之转动，从而调整壳体10在承托盘20上的相对位置。具体操作过程为：启动负压真空机71，同时按压壳体10，使壳体10相对承托盘20向下滑动，在下滑时压头11会挤压弹性密封圈77，由于弹性密封圈77本身弹性特征，弹性密封圈77紧贴压头11的侧面从而使压头11与内抵接部21形成密封空间。此外压头11的下端面同时将密封环76向下方挤压，由于密封环76与第一弹性件75连接，第一弹性件75也在压头11作用下被压缩。密封环76在被下压后就无法再封堵通气转盘上部的空气流道723。在负压真空机71工作时，密封空间22内的空气被抽走形成真空，而密封空间22通过空气流道723与压头11部位的空间连通，使密封环76与压头11围成的空间也形成密封。由于活塞套78贯穿壳体10与外部环境连通，因此在活塞杆710的圆形头部7101上、下端面之间形成的气压差（其上端面为大气压，其下端面为真空），在大气压的作用下活塞杆710向下滑动直至活塞杆710的下端插接进卡接座724上，使活塞杆710与通气转盘72形成传动连接，由于第二弹性件79两端分别连接在活塞杆710和活塞套78上，在活塞杆710向下滑动时第二弹性件79被拉伸。在此状态下，转动旋转手柄74，再依次传动至通气转盘72、活塞杆710、活塞套78，最终传动带壳体10上，对壳体10进行微调。

回位脱离状态：当壳体10微调旋转到指定位置后，关闭负压真空机71。此时密封空间22与外部环境连通（即密封空间22呈现大气压），通过空气流道723使活塞杆710的圆形头部7101上下两端均呈大气压，在第二弹性件79的回复弹性力的作用下活塞杆710被拉回，活塞杆710回位到初始自然状态，从而使活塞杆710下端从卡接座724上脱离，使活塞杆710与通气转盘72无法形成传动结构。在此状态下，壳体10与承托盘20个相对位置固定。

作为本发明的一个实施例，

所述测距模块包括第一测距器51、第二测距器52、第三测距器53；

所述第一测距器51、第二测距器52相对而设的固定设置于所述壳体10外周面上；

所述第三测距器53固定设置于所述壳体10的顶部。

上述技术方案的工作原理及有益效果：第一测距器51、第二测距器52、第三测距器53可具体实施为市场常见的激光测距器，三个测距器形成一个三维测距空间。

作为本发明的一个实施例，

所述数据处理模块设置于所述壳体10的内腔，所述交互模块54设置于所述壳体10的外周面上。

上述技术方案的工作原理及有益效果：交互模块54可具体实施为一块带有显示屏及操作键盘的集成电路板，用于控制三个测距器的使用以及测距的数据显示。

作为本发明的一个实施例，

所述水准调节装置60包括：

水准指针61，竖直固定贴合于所述壳体10的外周面上，所述水准指针61的上端固接有水准气泡62；

刻度环63，所述承托盘20的外周面固接有刻度环63。

上述技术方案的工作原理及有益效果：水准调节装置60主要是通过水准气泡62的显示确保整个测距装置在测距时始终水平状态。

一种三维测距仪测量使用方法，应用所述的三维测距仪对房屋墙壁进行平整度测量，包括以下步骤：

S10、绘制基准线：在待测房屋的墙壁上绘制水平基准线，在待测房屋的地面上绘制十字基准线；

S20、将三维测距仪固定在可上下伸缩的三脚架上；

S30、启动三维测距仪上的铅直对点装置，使铅直对点装置上的对点能够对齐于待测房屋的地面上十字基准线的其中一条；

S40、启动基准对齐装置，使其发射激光射线(即横向射线发生器、纵向射线发生器分别发射激光射线)；

S50、向下按压三维测距仪上的壳体，并启动三维测距仪上的负压真空机；

S60、旋转三维测距仪上的旋转手柄，使纵向射线发生器发出的激光射线与地面上十字基准线的其中一条基准线重合；

S70、启动测距处理系统，使其中的第一测距器或第二测距器的测距高度与在待测房屋的墙壁上的水平基准线保持同一高度；

S80、通过第一测距器、第二测距器对待测房屋的墙壁进行距离测量，通过第三测距器对待测房屋的顶面进行距离测量，将测量数据传送至数据处理模块中进行存储；

S90、沿地面上十字基准线多次移动三维测距仪，并重复以上S30-S80的操作步骤，获得多组测量数据；

S100、计算比较步骤S90的测量数据，根据多组测量数据之间的差值范围从而获得待测房屋的墙壁以及顶面的平整度。

对于平整度的判断是将各个数值之间的进行减法运算，并根据所得差值换算获得墙壁的平整度参数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，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中。

Claims (8)

1.一种三维测距仪，其特征在于，包括：

壳体（10）；

承托盘（20），所述壳体（10）同轴转动设置于所述承托盘（20）上方，所述承托盘（20）的底部中心固定设置有铅直对点装置（30）；

基准对齐装置（40），所述壳体（10）外周面固定设置有用于与基准线对齐的基准对齐装置（40）；

测距处理系统（50），包括数据处理模块、交互模块、测距模块，所述数据处理模块与交互模块、测距模块电性连接，

所述测距模块的测量方向与所述基准对齐装置（40）的对齐方向垂直；

水准调节装置（60），所述承托盘（20）上设置有用于保持壳体（10）呈水平的水准调节装置（60）。

2.根据权利要求1所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述基准对齐装置（40）包括横向射线发生器（41）和纵向射线发生器（42），所述纵向射线发生器（42）的发射延伸线通过所述横向射线发生器（41）的中点。

3.根据权利要求1所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述壳体（10）通过旋转切换装置（70）与所述承托盘（20）转动连接，所述旋转切换装置（70）包括：

承托盘（20）的内抵接部（21），所述承托盘（20）为上端开口的空腔结构，其内腔一体成型有内抵接部（21），所述内抵接部（21）将承托盘（20）的内腔分隔成密封空间（22）和抵接空间（23），所述抵接空间（23）用于抵接所述壳体（10），所述密封空间（22）设置有负压真空机（71）；

通气转盘（72），所述承托盘（20）内腔的底部中心转动设置有通气转盘（72），所述通气转盘（72）分为上通气部（721）和下转盘部（722），所述上通气部（721）竖直而设且位于所述抵接空间（23）内，所述下转盘部（722）水平而设且位于所述密封空间（22）内，所述通气转盘（72）内部设有一空气流道（723）；

传动齿轮组（73），所述通气转盘（72）上设置有传动齿轮组（73），通过传动齿轮组（73）将所述通气转盘（72）与旋转手柄（74）传动连接；

第一弹性件（75），所述通气转盘（72）的上通气部（721）外周套设有第一弹性件（75）；

密封环（76），所述第一弹性件（75）上端固接有密封环（76），所述密封环（76）与所述空气流道（723）之间密封配合；

弹性密封圈（77），所述内抵接部（21）上还固定设置有弹性密封圈（77），所述弹性密封圈（77）位于所述密封环（76）的外围；

壳体（10）的压头（11），所述壳体（10）的下端面一体成型有压头（11），所述压头（11）的下端与所述密封环（76）接触，所述压头（11）的侧面与所述弹性密封圈（77）接触；

活塞套（78），所述壳体（10）的下端面中心贯穿固定设置有活塞套（78）；

第二弹性件（79），所述活塞套（78）的外周面套设有第二弹性件（79）；

活塞杆（710），所述活塞套（78）内设置有活塞杆（710），所述活塞杆（710）与所述第二弹性件（79）连接，所述活塞杆（710）分为圆形头部（7101）和花形杆部（7102），所述圆形头部（7101）与所述活塞套（78）形成活塞结构，所述花形杆部（7102）与所述活塞套（78）形成同轴转动结构；

所述花形杆部（7102）的下端与所述通气转盘（72）的上端面开设的卡接座（724）插接配合。

4.根据权利要求3所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述承托盘（20）的上端内周面设有有卡块（24），所述壳体（10）的外壁开设有与所述卡块（24）相适配的滑槽（12）。

5.根据权利要求3所述的一种三维测距仪，其特征在于：

所述测距模块包括第一测距器（51）、第二测距器（52）、第三测距器（53）；

所述第一测距器（51）、第二测距器（52）相对而设的固定设置于所述壳体（10）外周面上；

所述第三测距器（53）固定设置于所述壳体（10）的顶部。

6.根据权利要求3所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述数据处理模块设置于所述壳体（10）的内腔，所述交互模块（54）设置于所述壳体（10）的外周面上。

7.根据权利要求3所述的一种三维测距仪，其特征在于，所述水准调节装置（60）包括：

水准指针（61），竖直固定贴合于所述壳体（10）的外周面上，所述水准指针（61）的上端固接有水准气泡（62）；

刻度环（63），所述承托盘（20）的外周面固接有刻度环（63）。

8.一种三维测距仪测量使用方法，其特征在于，应用权利要求3-7任一项所述的三维测距仪对房屋墙壁进行平整度测量，包括以下步骤：

S10、绘制基准线：在待测房屋的墙壁上绘制水平基准线，在待测房屋的地面上绘制十字基准线；

S20、将三维测距仪固定在可上下伸缩的三脚架上；

S30、启动三维测距仪上的铅直对点装置，使铅直对点装置上的对点能够对齐于待测房屋的地面上十字基准线的其中一条；

S40、启动基准对齐装置，使其发射激光射线；

S50、向下按压三维测距仪上的壳体，并启动三维测距仪上的负压真空机；

S60、旋转三维测距仪上的旋转手柄，使基准对齐装置发出的激光射线与地面上十字基准线的其中一条基准线重合；

S70、启动测距处理系统，使测距模块的测距高度与在待测房屋的墙壁上的水平基准线保持同一高度；

S80、通过测距模块对待测房屋的墙壁、顶面进行距离测量，将测量数据传送至数据处理模块中进行存储；

S90、沿地面上十字基准线多次移动三维测距仪，并重复以上S30-S80的操作步骤，获得多组测量数据；

S100、计算比较步骤S90的测量数据，根据多组测量数据之间的差值范围从而获得待测房屋的墙壁以及顶面的平整度。

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