CN113108698B - 一种缝隙宽度及深度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缝隙宽度及深度测量装置及方法，属于检测技术领域。所述装置包括：测量装置本体和将测量装置本体置于缝隙正中央的底部固定支架；其中，测量装置本体包括：角度传感器，用于实时测量步进电机转轴所转角度，得到激光测距仪在水平面内摆动的角度值；激光测距仪，发射出的激光束垂直于地面向下发射，用于测量其所在位置到水平地面和缝隙最底部的距离；工业控制计算机，用于控制步进电机带动激光测距仪在水平面内摆动，在摆动过程中，利用激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时角度传感器测得的角度值，确定缝隙宽度，并利用激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度。采用本发明，能够提高测量准确度。

Description

一种缝隙宽度及深度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是指一种缝隙宽度及深度测量装置及方法。

背景技术

目前，工程、机械等施工时经常需要测量一些缝隙的宽度及深度，普遍采用的方法都是通过专门的测量工具进行测量，且测量过程非常繁琐，耗费大量人力物力，同时，缝隙形状的不规则也导致了测量精度不高，效率低下等问题，为施工人员带了很大的不便和麻烦。而随着技术的进步，越来越多高精度传感器的出现为缝隙宽度及深度测量新装置的产生打下了基础。

发明内容

本发明实施例提供了缝隙宽度及深度测量装置及方法，能够解决现有缝隙宽度及深度测量方法中存在的过程繁琐，精度不高，效率低下等问题。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种缝隙宽度及深度测量装置，该装置包括：测量装置本体和将所述测量装置本体置于缝隙正中央的底部固定支架；其中，所述测量装置本体包括：步进电机、角度传感器、激光测距仪和工业控制计算机，所述步进电机与所述激光测距仪通过连杆刚性连接，所述角度传感器与所述步进电机相连；

所述角度传感器，用于实时测量所述步进电机转轴所转角度，得到所述激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

所述激光测距仪，发射出的激光束垂直于地面向下发射，用于测量其所在位置到水平地面和缝隙最底部的距离；

所述工业控制计算机，用于控制所述步进电机带动所述激光测距仪在水平面内摆动，在摆动过程中，利用所述激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时所述角度传感器测得的角度值，确定缝隙宽度，并利用所述激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度；其中，所述缝隙两侧为：缝隙内和水平地面。

进一步地，所述角度传感器实时测量到的所述激光测距仪在水平面内摆动的角度值为：激光测距仪位于缝隙内的角度值。

进一步地，所述工业控制计算机，具体用于利用所述角度传感器测得到的角度值，通过宽度计算公式确定缝隙宽度，其中，所述宽度计算公式表示为：

a＝2b sin(α)

其中，a表示缝隙宽度，b表示激光测距仪与步进电机转轴之间的长度，α为b与缝隙中央垂线之间的夹角。

进一步地，激光测距仪位于缝隙内的角度值为

进一步地，所述工业控制计算机，具体用于当激光测距仪所发射出的激光束位于缝隙内时，计算激光束返回的距离值；当激光测距仪所发射出的激光束位于水平地面时，计算激光束返回的距离值；将缝隙内和水平地面的激光束返回的距离值进行作差，得到缝隙的深度值。

一方面，提供了一种缝隙宽度及深度测量方法，该方法包括：

通过底部固定支架将测量装置本体置于缝隙正中央后，工业控制计算机控制步进电机带动激光测距仪在水平面内摆动，同时角度传感器实时测量激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

工业控制计算机检测激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时角度传感器测量到的激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

工业控制计算机利用角度传感器测量到的角度值确定缝隙宽度；

工业控制计算机利用激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度。

进一步地，所述角度传感器实时测量到的激光测距仪在水平面内摆动的角度值为：激光测距仪位于缝隙内的角度值。

进一步地，所述工业控制计算机利用角度传感器测量到的角度值确定缝隙宽度包括：

工业控制计算机通过宽度计算公式，确定缝隙宽度，其中，所述宽度计算公式表示为：

a＝2b sin(α)

其中，a表示缝隙宽度，b表示激光测距仪与步进电机转轴之间的长度，α为b与缝隙中央垂线之间的夹角。

进一步地，激光测距仪位于缝隙内的角度值为

进一步地，所述工业控制计算机利用激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度包括：

当激光测距仪所发射出的激光束位于缝隙内时，工业控制计算机计算激光束返回的距离值；

当激光测距仪所发射出的激光束位于水平地面时，工业控制计算机计算激光束返回的距离值；

工业控制计算机将缝隙内和水平地面的激光束返回的距离值进行作差，得到缝隙的深度值。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例中，所述激光测距仪中激光束垂直于地面向下发射，用于测量其所在位置到水平地面和缝隙最底部的距离，且激光测距仪可由步进电机带动在水平面内摆动；所述角度传感器用于测量激光测距仪在水平面内摆动的角度；所述底部固定支架用于将测量装置置于缝隙正中央；所述步进电机用于带动激光测距仪在水平面内摆动，在摆动过程中，通过激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变的时间点和对应时刻角度传感器测得的角度值，经过工业控制计算机计算处理后即可准确得到缝隙的宽度以及深度。与现有技术相比，本实施例提供的测量装置不仅结构简单，操作方便，测量范围大，效率高，且准确度更高，更具实用性，从而解决现有缝隙宽度及深度测量方法中存在的过程繁琐，精度不高，效率低下等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的缝隙宽度及深度测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的底部固定支架的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的缝隙宽度测量原理示意图；

图4为本发明实施例提供的缝隙宽度及深度测量方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种缝隙宽度及深度测量装置，该装置包括：测量装置本体和将所述测量装置本体置于缝隙正中央的底部固定支架；其中，所述测量装置本体包括：步进电机、角度传感器、激光测距仪和工业控制计算机，所述步进电机与所述激光测距仪通过连杆刚性连接，所述角度传感器与所述步进电机相连；

所述角度传感器，用于实时测量所述步进电机转轴所转角度，得到所述激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

所述激光测距仪，发射出的激光束垂直于地面向下发射，用于测量其所在位置到水平地面和缝隙最底部的距离；

所述工业控制计算机，用于控制所述步进电机带动所述激光测距仪在水平面内摆动，在摆动过程中，利用所述激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时所述角度传感器测得的角度值，确定缝隙宽度，并利用所述激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度；其中，所述缝隙两侧为：缝隙内和水平地面。

本发明实施例所述的缝隙宽度及深度测量装置，所述激光测距仪中激光束垂直于地面向下发射，用于测量其所在位置到水平地面和缝隙最底部的距离，且激光测距仪可由步进电机带动在水平面内摆动；所述角度传感器用于测量激光测距仪在水平面内摆动的角度；所述底部固定支架用于将测量装置置于缝隙正中央；所述步进电机用于带动激光测距仪在水平面内摆动，在摆动过程中，通过激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变的时间点和对应时刻角度传感器测得的角度值，经过工业控制计算机计算处理后即可准确得到缝隙的宽度以及深度。与现有技术相比，本实施例提供的测量装置不仅结构简单，操作方便，测量范围大，效率高，且准确度更高，更具实用性，从而解决现有缝隙宽度及深度测量方法中存在的过程繁琐，精度不高，效率低下等问题。

本实施例中，如图1所示，在测量缝隙1的宽度及深度时，所述测量装置包括：一个步进电机4、一个角度传感器3、一个激光测距仪2，一个底部固定支架6和一台工业控制计算机5。

本实施例中，可以采用86byg250-65步进电机，步距角为1.8°，此时电机轴与激光测距仪通过连杆刚性连接，且电机轴与激光测距仪之间的距离为20cm。

本实施例中，可以采用SSA03XXU1-V010角度传感器，最高精度为0.005°，帧率高达200Hz。

在本实施例中，可以采用松下HG-C1100激光测距仪，测量范围是65～135mm。

在本实施例中，工业控制计算机采用的是Intel NUC8i 7BEH。

在本实施例中，底部固定支架结构如图2所示，所述底部固定支架包括：水平仪7和三角钢架8；其中，水平仪7位于三角钢架8上边正中央位置，使用所述底部固定支架时，将三角钢架8最底部放入缝隙中，并调整位置方向，直至水平仪显示正中央时说明测量装置此时位于缝隙正中央垂线处，即步进电机转轴所在直线位于缝隙正中央垂线处。

本实施例中，在利用所述测量装置进行测量时，可以包括以下步骤：

A1，通过底部固定支架将上述测量装置本体置于缝隙正中央后，工业控制计算机控制步进电机带动激光测距仪在水平面内摆动，同时角度传感器实时测量激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

本实施例中，将测量装置放入缝隙中央，测量装置底部有自动对准中央的底部固定支架，放入缝隙中后通过调整底部固定支架上水平仪保持水平，即可将测量装置置于缝隙正中央垂线。

A2，工业控制计算机检测激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时角度传感器测量到的激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

本实施例中，激光测距仪在水平面内摆动时，当从水平面进入缝隙内时，测得的深度会突然变大，同理，从缝隙内摆动至水平面时也会存在测得的深度值突然变小的情况，利用这一特性，工业控制计算机检测激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变的时间；

利用角度传感器测量到的激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时的角度值，即为激光测距仪位于缝隙内的角度值：

如图3所示。

A3，工业控制计算机利用角度传感器测量到的角度值确定缝隙宽度；

如图3所示，在本测量装置中，激光测距仪与步进电机转轴之间的距离b为固定值(b＝20cm)，且步进电机转轴位于缝隙中央，所述工业控制计算机可以利用所述角度传感器测得到的角度值，通过宽度计算公式确定缝隙宽度，其中，所述宽度计算公式表示为：

a＝2bsin(α)≈12.0282cm

其中，a表示缝隙宽度，b表示激光测距仪与步进电机转轴之间的长度，α为b与缝隙中央垂线之间的夹角。

同样的缝隙，利用霍比特碳素长爪游标卡尺测量得到缝隙宽度为120.280mm，对比可见，本测量装置的检测精度可达0.01mm。

A4，工业控制计算机利用激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度，具体可以包括以下步骤：

当激光测距仪所发射出的激光束位于缝隙内时，工业控制计算机计算激光束返回的距离值

当激光测距仪所发射出的激光束位于水平地面时，工业控制计算机计算激光束返回的距离值；

工业控制计算机将缝隙内和水平地面的激光束返回的距离值进行作差，得到缝隙的深度值。

本实施例中，得到的缝隙的深度值为2.3242cm。为了验证本实施例的有效性，首先利用竹签制作与缝隙深度相同的竹签模型，然后利用霍比特碳素长爪游标卡尺测量其长度为23.24mm，检测精度可达0.005mm。

综上，本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

1)本发明能够实现缝隙宽度及深度的精确检测，宽度检测精度可达0.01mm，深度检测精度可达0.005mm；

2)本发明利用工业控制计算机强大的计算处理能力和角度传感器足够高的精度，检测并处理的帧率能达到40fps，满足实时检测的速度要求；

3)本发明提供的测量装置结构简单，操作方便，测量范围大，更具实用性；

4)本发明提供的测量装置是可拆卸的，便于携带和替换。

实施例二

本发明还提供一种缝隙宽度及深度测量方法的具体实施方式，由于本发明提供的缝隙宽度及深度测量方法与前述缝隙宽度及深度测量装置的具体实施方式相对应，该缝隙宽度及深度测量方法可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述缝隙宽度及深度测量装置具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的缝隙宽度及深度测量方法的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。

如图4所示，本发明实施例还提供一种缝隙宽度及深度测量方法，包括：

S101，通过底部固定支架将测量装置本体置于缝隙正中央后，工业控制计算机控制步进电机带动激光测距仪在水平面内摆动，同时角度传感器实时测量激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

S102，工业控制计算机检测激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时角度传感器测量到的激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

S103，工业控制计算机利用角度传感器测量到的角度值确定缝隙宽度；

S104，工业控制计算机利用激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度。

本发明实施例所述的缝隙宽度及深度测量方法，通过底部固定支架将测量装置本体置于缝隙正中央后，工业控制计算机控制步进电机带动激光测距仪在水平面内摆动，同时角度传感器实时测量激光测距仪在水平面内摆动的角度值；工业控制计算机检测激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时角度传感器测量到的激光测距仪在水平面内摆动的角度值；工业控制计算机利用角度传感器测量到的角度值确定缝隙宽度；工业控制计算机利用激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度。与现有技术相比，本实施例提供的测量方法，操作方便，测量范围大，效率高，且准确度更高，更具实用性，从而解决现有缝隙宽度及深度测量方法中存在的过程繁琐，精度不高，效率低下等问题。

在前述缝隙宽度及深度测量方法的具体实施方式中，进一步地，所述角度传感器实时测量到的激光测距仪在水平面内摆动的角度值为：激光测距仪位于缝隙内的角度值。

在前述缝隙宽度及深度测量方法的具体实施方式中，进一步地，所述工业控制计算机利用角度传感器测量到的角度值确定缝隙宽度包括：

工业控制计算机通过宽度计算公式，确定缝隙宽度，其中，所述宽度计算公式表示为：

a＝2b sin(α)

其中，a表示缝隙宽度，b表示激光测距仪与步进电机转轴之间的长度，α为b与缝隙中央垂线之间的夹角。

在前述缝隙宽度及深度测量方法的具体实施方式中，进一步地，激光测距仪位于缝隙内的角度值为

在前述缝隙宽度及深度测量方法的具体实施方式中，进一步地，所述工业控制计算机利用激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度包括：

当激光测距仪所发射出的激光束位于缝隙内时，工业控制计算机计算激光束返回的距离值；

当激光测距仪所发射出的激光束位于水平地面时，工业控制计算机计算激光束返回的距离值；

工业控制计算机将缝隙内和水平地面的激光束返回的距离值进行作差，得到缝隙的深度值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (2)

1.一种缝隙宽度及深度测量装置，其特征在于，包括：测量装置本体和将所述测量装置本体置于缝隙正中央的底部固定支架；其中，所述测量装置本体包括：步进电机、角度传感器、激光测距仪和工业控制计算机，所述步进电机与所述激光测距仪通过连杆刚性连接，所述角度传感器与所述步进电机相连；

所述角度传感器，用于实时测量所述步进电机转轴所转角度，得到所述激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

所述激光测距仪，发射出的激光束垂直于地面向下发射，用于测量其所在位置到水平地面和缝隙最底部的距离；

所述工业控制计算机，用于控制所述步进电机带动所述激光测距仪在水平面内摆动，在摆动过程中，利用所述激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时所述角度传感器测得的角度值，确定缝隙宽度，并利用所述激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度；其中，所述缝隙两侧为：缝隙内和水平地面；

其中，所述角度传感器实时测量到的所述激光测距仪在水平面内摆动的角度值为：激光测距仪位于缝隙内的角度值；

其中，所述工业控制计算机，具体用于利用所述角度传感器测得到的角度值，通过宽度计算公式确定缝隙宽度，其中，所述宽度计算公式表示为：

a＝2b sin(α)

其中，a表示缝隙宽度，b表示激光测距仪与步进电机转轴之间的长度，α为b与缝隙中央垂线之间的夹角；

其中，激光测距仪位于缝隙内的角度值为2α；

其中，所述工业控制计算机，具体用于当激光测距仪所发射出的激光束位于缝隙内时，计算激光束返回的距离值；当激光测距仪所发射出的激光束位于水平地面时，计算激光束返回的距离值；将缝隙内和水平地面的激光束返回的距离值进行作差，得到缝隙的深度值；

其中，所述底部固定支架包括：水平仪和三角钢架，所示水平仪位于三角钢架上边正中央位置，使用所述底部固定支架时，将三角钢架最底部放入缝隙中，并调整位置方向，直至水平仪显示正中央时说明测量装置此时位于缝隙正中央垂线处，即步进电机转轴所在直线位于缝隙正中央垂线处。

2.一种缝隙宽度及深度测量方法，其特征在于，包括：

通过底部固定支架将测量装置本体置于缝隙正中央后，工业控制计算机控制步进电机带动激光测距仪在水平面内摆动，同时角度传感器实时测量激光测距仪在水平面内摆动的角度值；其中，所述底部固定支架包括：水平仪和三角钢架，所示水平仪位于三角钢架上边正中央位置，使用所述底部固定支架时，将三角钢架最底部放入缝隙中，并调整位置方向，直至水平仪显示正中央时说明测量装置此时位于缝隙正中央垂线处，即步进电机转轴所在直线位于缝隙正中央垂线处；

工业控制计算机检测激光测距仪发射出的激光束在缝隙两侧跳变沿处跳变时角度传感器测量到的激光测距仪在水平面内摆动的角度值；

工业控制计算机利用角度传感器测量到的角度值确定缝隙宽度；

工业控制计算机利用激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度；

其中，所述角度传感器实时测量到的激光测距仪在水平面内摆动的角度值为：激光测距仪位于缝隙内的角度值；

其中，所述工业控制计算机利用角度传感器测量到的角度值确定缝隙宽度包括：

工业控制计算机通过宽度计算公式，确定缝隙宽度，其中，所述宽度计算公式表示为：

a＝2b sin(α)

其中，a表示缝隙宽度，b表示激光测距仪与步进电机转轴之间的长度，α为b与缝隙中央垂线之间的夹角；

其中，激光测距仪位于缝隙内的角度值为2α；

其中，所述工业控制计算机利用激光测距仪发射出的位于缝隙两侧的激光束确定缝隙深度包括：

当激光测距仪所发射出的激光束位于缝隙内时，工业控制计算机计算激光束返回的距离值；

当激光测距仪所发射出的激光束位于水平地面时，工业控制计算机计算激光束返回的距离值；

工业控制计算机将缝隙内和水平地面的激光束返回的距离值进行作差，得到缝隙的深度值。

Images