CN116009007B - 一种三维测距仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维测距仪，属于光机电一体化技术领域；包括承载体、测距装置、控制设备，测距装置包括：测距器、水平旋转装置、垂直旋转装置、操纵元件，测距器的X轴测距方向在与承载体底面平行的水平面上；水平旋转装置安装在承载体上,用于将测距器切换到Y轴测距方向，Y轴测距方向与X轴的测距方向垂直；垂直旋转装置安装在承载体上，用于将测距器的测距方向切换到Z轴测距方向，Z轴测距方向与Y轴测距方向、X轴的测距方向垂直,垂直旋转装置上安装有测距器；控制设备与测距器、水平旋转装置、垂直旋转装置、操纵元件电性连接，安装在承载体上；本发明能够有效降低三维测量仪的成本、缩小三维测量仪的体积。

Description

一种三维测距仪

技术领域

本发明涉及光机电一体化技术领域，具体是一种三维测距仪。

背景技术

激光测距仪，是利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量的仪器。按照测距方法分为相位法测距仪和脉冲法测距仪，脉冲式激光测距仪是在工作时向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。相位法激光测距仪是利用检测发射光和反射光在空间中传播时发生的相位差来检测距离的。

现有三维测距仪常常会使用到三个激光测距仪，或者使用三维扫描装置，均会大幅度增加系统的体积、复杂性和成本，此外，三维激光扫描系统还存在体积较大不易携带的问题。

发明内容

本公开的目的之一是提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的三维测距仪。

为解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种三维测距仪，包括：

承载体；

测距装置，所述测距装置包括：

测距器，所述测距器的X轴测距方向在与承载体底面平行的水平面上；

水平旋转装置，所述水平旋转装置安装在所述承载体上，用于将测距器切换到Y轴测距方向，所述Y轴测距方向与所述X轴测距方向在同一水平面上，与X轴的测距方向垂直；

垂直旋转装置，所述垂直旋转装置安装在所述承载体上，用于将测距器的测距方向切换到Z轴测距方向，所述Z轴测距方向所在平面为与所述水平面垂直的垂直面上，且所述Z轴测距方向与X轴测距方向、Y轴测距方向垂直，所述垂直旋转装置上安装有测距器；

操纵元件，所述操纵元件用于控制所述测距器、水平旋转装置、垂直旋转装置运行；

控制设备，所述控制设备与所述测距器、水平旋转装置、垂直旋转装置、操纵元件电性连接，安装在所述承载体上。

优选地，本申请实施例还公开了：所述承载体包括：

内套筒，所述水平面与所述内套筒的底面平行；

外套筒，所述内套筒可转动的安装在所述外套筒内；

所述水平旋转装置包括：

滑块，所述滑块固定安装在所述内套筒的外壁上；

弧形滑轨，所述弧形滑轨固定安装在所述外套筒的内壁上，所述滑块与所述弧形滑轨配合使用；

第一电机，所述第一电机安装在所述内套筒的底壁外侧，所述第一电机的输出轴与所述内套筒底壁固定连接，且与所述内套筒同轴心，且与所述控制设备电性连接；

第一压力传感器，所述第一压力传感器数量为2，分别安装在弧形滑轨两端的侧壁上，所述滑块与所述弧形滑轨一端的第一压力传感器接触的面为第一接触面，与所述弧形滑轨另一端第一压力传感器接触的面为第二接触面，所述第一接触面、第二接触面与所述水平面垂直，所述X轴测距方向位于所述第一接触面内，所述Y轴测距方向位于所述第二接触面内，2个第一压力传感器均与所述控制设备电性连接。

优选地，本申请实施例还公开了：所述垂直旋转装置包括：

第二电机，所述第二电机固定安装在所述内套筒的侧壁顶端，所述第二电机的输出轴贯穿所述内套筒的侧壁；

转盘，所述转盘制作材料采用磁性金属，所述转盘可转动的安装在所述内套筒顶部，所述转盘与第二电机的输出轴固定连接，第二电机的输出轴的轴线平分所述转盘，所述测距器安装在所述转盘上；

开关，所述开关与所述控制设备电性连接；

电磁铁，所述电磁铁安装在所述内套筒的支撑部上，与所述开关串联，用于吸附转盘使转盘保持在所述水平面上；

限位板，所述限位板安装在所述内套筒的底壁内侧，用于限制所述转盘的旋转位置；

第二压力传感器，第二压力传感器数量为2，其中一个第二压力传感器安装在所述限位板上，另一个第二压力传感器安装在转盘的底端面上；

磁铁，所述磁铁安装在所述限位板上，用于吸附转盘，使转盘与所述磁铁接触面与所述垂直面平行。

优选地，本申请实施例还公开了：所述三维测距仪还包括：通信模块，所述通信模块与所述控制设备电性连接，用于将测量数据发送到移动端设备。

优选地，本申请实施例还公开了：所述通信模块为蓝牙模块或无线传输模块。

优选地，本申请实施例还公开了：所述滑块与所述弧形滑轨的接触面上设置有摩擦带。

优选地，本申请实施例还公开了：所述操纵元件为触控屏幕。

优选地，本申请实施例还公开了：所述控制设备为单片机或微型计算机终端。

优选地，本申请实施例还公开了：所述三维测距仪还包括：基准调整装置，所述基准调整装置包括：

横向射线发生器，数量为2，其中一个横向射线发生器安装在所述外套筒的底壁上，另一个横向射线发生器安装在所述外套筒的侧壁上；

纵向射线发生器，所述纵向射线发生器安装在所述外套筒的底壁上；

水准气泡，所述水准气泡安装在所述弧形滑轨的上端面上。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中，由于采用了水平旋转装置和垂直旋转装置,使得三维测量仪中测距器的数量可以减少到一个或两个，并且通过旋转可以形成三维测距空间，因此有效解决了使用到三个测距器，或者使用三维扫描装置，均会大幅度增加了系统的体积、成本的问题，进而有效降低了三维测量仪的成本、缩小三维测量仪的体积。

本申请实施例中，滑块与弧形滑轨设置不仅可以辅助内套筒转动，使内套筒转动平稳，可以直接进行基准定位，提高测量精度，限位板的设置也有利于三维测距仪的Z轴测距方向上的定位。

本申请实施例中，滑块与弧形滑轨的接触面上设置有摩擦带，可以进一步保证滑块在不受外力的情况下禁止不动，进一步提高测距精度。

本申请实施例中，设置了通信模块，通信模块与控制设备电性连接，用于将测量数据发送到移动端设备，方便工作人员获取数据或存储数据，以及下次再利用数据。

附图说明

图1为本发明实施例的一种三维测距仪的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种三维测距仪的内部结构示意图；

图3为本发明实施例的一种三维测距仪的部分结构示意图；

图4为本发明实施例中外套筒的底部结构示意图；

图5为本发明实施例一种三维测距仪的连接关系示意图；

图6为本发明实施例中具有两个测距器的三维测距仪的结构示意图。

附图标记说明：

10、内套筒；101、支撑部；1011、挤压杆；11、外套筒；111、支撑台；20、滑块；21、弧形滑轨；211、摩擦带；22、第一电机；31、转盘；32、限位板；33、磁铁；34、电磁铁；35、开关；36、第二电机；40、第一压力传感器；41、第二压力传感器；50、操纵元件；60、控制设备；70、横向射线发生器；71、纵向射线发生器；72、水准气泡；80、通信模块；90、测距器;X：X轴测距方向；Y：Y轴测距方向；Z：Z轴测距方向。

实施方式

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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

参照图1-6，本实施例公开了一种三维测距仪，包括：承载体、测距装置、控制设备60，所述测距装置包括：1个测距器90、水平旋转装置、垂直旋转装置、操纵元件50，所述测距器90的X轴测距方向在与承载体底面平行的水平面上；所述水平旋转装置安装在所述承载体上,用于将测距器90切换到Y轴测距方向，所述Y轴测距方向与所述X轴测距方向在同一水平面上，与X轴的测距方向垂直；所述垂直旋转装置安装在承载体上，用于将测距器90的测距方向切换到Z轴测距方向，所述Z轴测距方向所在平面为与所述水平面垂直的垂直面上，且所述Z轴测距方向与X轴测距方向、Y轴测距方向垂直，所述垂直旋转装置上安装有测距器90；所述操纵元件50用于控制所述测距器90、水平旋转装置、垂直旋转装置运行；所述控制设备60与所述测距器90、水平旋转装置、垂直旋转装置、操纵元件50电性连接，安装在所述承载体上，用于控制各装置同步协调运作，以及存储测距器90的测量数据。

其中，所述承载体具体包括：内套筒10、外套筒11，所述水平面与所述内套筒10的底面平行；所述内套筒10可转动的安装在所述外套筒11内,外套筒11内壁上设置有弧形支撑台111用于承载内套筒10的一部分重力；所述测距器90具体可实施为激光测距仪；

参照图1-3，所述水平旋转装置具体包括：滑块20、弧形滑轨21、第一电机22、第一压力传感器40，所述滑块20固定安装在所述内套筒10的外壁上，位置可以在内套筒10顶部或中部，本实施例具体实施为安装在内套筒10的外壁的顶部上，固定安装的具体方式可以是与内套筒10一体加工成型或是滑块20与内套筒10是分体的，通过螺丝钉固定；所述弧形滑轨21固定安装在所述外套筒11的内壁上，所述滑块20与所述弧形滑轨21配合使用；所述第一电机22安装在所述内套筒10的底壁外侧，所述第一电机22的输出轴与所述内套筒10底壁固定连接，位于所述外套筒11内部，第一电机22远离输出轴的一端固定连接在外套筒11的底壁内侧，且第一电机22的输出轴与所述内套筒10同轴心，且与所述控制设备60电性连接；所述第一压力传感器40数量为2，分别安装在弧形滑轨21两端的侧壁上，所述滑块20与所述弧形滑轨21一端的第一压力传感器40接触的面为第一接触面，与所述弧形滑轨21另一端第一压力传感器40接触的面为第二接触面，所述第一接触面、第二接触面与所述水平面垂直，所述X轴测距方向位于所述第一接触面内，所述Y轴测距方向位于所述第二接触面内，2个第一压力传感器40均与所述控制设备60电性连接，滑块20与弧形滑轨21设置不仅可以辅助内套筒10转动，使内套筒10转动平稳，可以直接进行基准定位，提高测量精度。

参照图1和图2，所述垂直旋转装置具体包括：第二电机36、转盘31、开关35、电磁铁34、限位板32、第二压力传感器40、磁铁33，所述第二电机36固定安装在所述内套筒10的侧壁顶端，所述第二电机36的输出轴贯穿所述内套筒10的侧壁；所述转盘31制作材料采用磁性金属，例如：铁、镍、钴，所述转盘31可转动的安装在所述内套筒10顶部，所述转盘31与第二电机36的输出轴固定连接，第二电机36的输出轴的轴线平分所述转盘31，所述测距器90安装在所述转盘31顶面上；所述开关35与所述控制设备60电性连接；所述电磁铁34安装在所述内套筒10的支撑部101上，电磁铁34与转盘31接触的面与所述水平面平行，且与所述开关35串联，用于吸附转盘31使转盘31保持在所述水平面上；所述限位板32安装在所述内套筒10的底壁内侧，用于限制所述转盘31的旋转位置，形状可以为矩形板或弧形板或异形板；第二压力传感器41数量为2个，其中一个第二压力传感器41安装在所述限位板32上，另一个第二压力传感器41安装在转盘31的底端面上；所述磁铁33安装在所述限位板32的侧壁上，用于吸附转盘31使转盘31与所述磁铁33接触面与所述垂直面平行，其中支撑部101为与内套筒10一体加工成型的支撑板，位于内套筒10的内壁中上端，不妨碍转盘31向限位板32具有第二压力传感器41一面的方向旋转，支撑部101上还设置有挤压杆1011用于与安装在转盘31上的第二压力传感器41相配合，当然也可以使用电磁铁34与安装在转盘31上的第二压力传感器41相配合，其中，限位板32的设置有利于三维测距仪的Z轴测距方向上的定位,其中，开关35具体可实施为常闭开关35。

参照图1，所述操纵元件50具体可以实施为触控屏幕，所述触控屏幕可用于发出测量X轴测距方向、Y轴测距方向、Z轴测距方向的测量指令，以及显示测量数据，当然操纵元件50也可以实施为控制按钮；所述控制设备60具体可实施为单片机或微型计算机终端，安装在所述外套筒11的内部。

参照图1和图4，基准调整装置具体包括：横向射线发生器70、纵向射线发生器71，水准气泡72，所述横向射线发生器70，横向射线发生器70数量为2，其中一个横向射线发生器70安装在所述外套筒11的侧壁上，另一个横向射线发生器70与纵向射线发生器71一起安装在所述外套筒11的底壁上，所述纵向射线发生器71的发射延伸线通过安装在外套筒11底壁上的横向射线发生器70的发射延伸线的中点，纵向射线方向与X轴测距方向平行，当然也可以实施为与X轴测距方向垂直；所述水准气泡72安装在所述弧形滑轨21的上端面上。

使用时，先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；然后将三维测距仪固定在可上下伸缩的、且放置盘中心设有通孔不影响基准对齐装置使用的三脚架上；启动基准对齐装置，使其发射激光射线，使外套筒11底壁上的横向射线发生器70、纵向射线发生器71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；利用安装在外套筒11外壁上的横向射线发生器70，使测距器90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；然后操作触控屏幕发出X轴测距方向的测量指令，控制设备60根据指令控制测距器90进行测量，并存储测距器90的测量数据，操作触控屏幕发出Y轴测距方向的测量指令，控制设备60根据指令控制第一电机22旋转，带动内套筒10转动，直至固定在内套筒10上的滑块20抵触到弧形滑轨21上的第一压力传感器40，使第一压力传感器40检测到压力信息，控制设备60接收该压力信息，并根据压力信息，控制第一电机22停止旋转，然后控制测距器90进行测量，并存储测距器90的测量数据，操作触控屏幕发出Z轴测距方向上的测量指令，控制设备60根据该指令，控制常闭开关35断开，使电磁铁34失电，磁性消失，并控制第二电机36旋转，带动转盘31转动，直至转盘31抵触到限位板32上的第二压力传感器41，使第二压力传感器41检测到压力信息，根据该压力信息，控制第二电机36停止转动，依靠磁铁33吸附进行固定，控制设备60控制测距器90进行测量，并存储测距器90的测量数据，第一测量点的X轴测距方向、Y轴测距方向、Z轴测距方向均测量完毕时，沿地面上十字基准线移动三维测距仪，进行第二测量点的测量，多次重复，获得多组测量数据，计算比较多组测量数据，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。

关于水平旋转装置、垂直旋转装置的复位：操作触控屏幕发出水平旋转装置复位指令，或X轴测距方向上的测量指令，控制设备60根据该指令，控制第一电机22反转，带动内套筒10反方向转动，直至抵触到弧形滑轨21另一端上的第一压力传感器40，使第一压力传感器40检测到压力信息，控制设备60根据该压力信息，控制第一电机22停止旋转；操作触控屏幕发出垂直旋转装置复位指令，控制设备60控制第二电机36反转，带动转盘31反向转动，直至安装在转盘31的第二压力传感器41，抵触到挤压杆1011，使第二压力传感器41收集到压力信息，控制设备60根据该压力信息控制常闭开关35闭合、第二电机36停止转动，常闭开关35闭合使得电磁铁34得电具备磁性，从而吸附转盘31，使转盘31保持在水平面上。

参照图5，在一些实施例中，所述三维测距仪还包括：通信模块80，所述通信模块80与所述控制设备60电性连接，用于将测量数据发送到移动端设备，方便获取数据或存储数据，下次再利用数据；通信模块80具体可实施为蓝牙模块或无线传输模块。

参照图3，在一些实施例中，所述滑块20与所述弧形滑轨21的接触面上设置有摩擦带211，可以进一步保证滑块20在不受外力的情况下禁止不动，进一步提高测距精度。

参照图6，在一些实施例中，所述测距器90数量为2，2个测距器90的测量方向相对设置。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种三维测距仪，其特征在于，包括：

承载体；

测距装置，所述测距装置包括：

测距器（90），所述测距器（90）的X轴测距方向在与承载体底面平行的水平面上；

水平旋转装置，所述水平旋转装置安装在所述承载体上，用于将测距器（90）切换到Y轴测距方向，所述Y轴测距方向与所述X轴测距方向在同一水平面上，与X轴的测距方向垂直；

垂直旋转装置，所述垂直旋转装置安装在所述承载体上，用于将测距器（90）的测距方向切换到Z轴测距方向，所述Z轴测距方向所在平面为与所述水平面垂直的垂直面上，且所述Z轴测距方向与X轴测距方向、Y轴测距方向垂直，所述垂直旋转装置上安装有测距器（90）；

操纵元件（50），所述操纵元件（50）用于控制所述测距器（90）、水平旋转装置、垂直旋转装置运行；

控制设备（60），所述控制设备（60）与所述测距器（90）、水平旋转装置、垂直旋转装置、操纵元件（50）电性连接，安装在所述承载体上；

其中，所述承载体包括：

内套筒（10），所述水平面与所述内套筒（10）的底面平行；

外套筒（11），所述内套筒（10）可转动的安装在所述外套筒（11）内；

所述水平旋转装置包括：

滑块（20），所述滑块（20）固定安装在所述内套筒（10）的外壁上；

弧形滑轨（21），所述弧形滑轨（21）固定安装在所述外套筒（11）的内壁上，所述滑块（20）与所述弧形滑轨（21）配合使用；

第一电机（22），所述第一电机（22）安装在所述内套筒（10）的底壁外侧，所述第一电机（22）的输出轴与所述内套筒（10）底壁固定连接，且与所述内套筒（10）同轴心，且与所述控制设备（60）电性连接；

第一压力传感器（40），所述第一压力传感器（40）数量为2，分别安装在弧形滑轨（21）两端的侧壁上，所述滑块（20）与所述弧形滑轨（21）一端的第一压力传感器（40）接触的面为第一接触面，与所述弧形滑轨（21）另一端第一压力传感器（40）接触的面为第二接触面，所述第一接触面、第二接触面与所述水平面垂直，所述X轴测距方向位于所述第一接触面内，所述Y轴测距方向位于所述第二接触面内，2个第一压力传感器（40）均与所述控制设备（60）电性连接；

所述垂直旋转装置包括：

第二电机（36），所述第二电机（36）固定安装在所述内套筒（10）的侧壁顶端，所述第二电机（36）的输出轴贯穿所述内套筒（10）的侧壁；

转盘（31），所述转盘（31）制作材料采用磁性金属，所述转盘（31）可转动的安装在所述内套筒（10）顶部，所述转盘（31）与第二电机（36）的输出轴固定连接，第二电机（36）的输出轴的轴线平分所述转盘（31），所述测距器（90）安装在所述转盘（31）上；

开关（35），所述开关（35）与所述控制设备（60）电性连接；

电磁铁（34），所述电磁铁（34）安装在所述内套筒（10）的支撑部（101）上，与所述开关（35）串联，用于吸附转盘（31）使转盘（31）保持在所述水平面上；

限位板（32），所述限位板（32）安装在所述内套筒（10）的底壁内侧，用于限制所述转盘（31）的旋转位置；

第二压力传感器（41），第二压力传感器（41）数量为2，其中一个第二压力传感器（41）安装在所述限位板（32）上，另一个第二压力传感器（41）安装在转盘（31）的底端面上；

磁铁（33），所述磁铁（33）安装在所述限位板（32）上，用于吸附转盘（31）使转盘（31）与所述磁铁（33）接触面与所述垂直面平行。

2.根据权利要求1所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述三维测距仪还包括：通信模块（80），所述通信模块（80）与所述控制设备（60）电性连接，用于将测量数据发送到移动端设备。

3.根据权利要求2所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述通信模块（80）为蓝牙模块或无线传输模块。

4.根据权利要求1所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述滑块（20）与所述弧形滑轨（21）的接触面上设置有摩擦带（211）。

5.根据权利要求1所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述操纵元件（50）为触控屏幕。

6.根据权利要求1或5所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述控制设备（60）为单片机或微型计算机终端。

7.根据权利要求1所述的一种三维测距仪，其特征在于：所述三维测距仪还包括：基准调整装置，所述基准调整装置包括：

横向射线发生器（70），数量为2，其中一个横向射线发生器（70）安装在所述外套筒（11）的底壁上，另一个横向射线发生器（70）安装在所述外套筒（11）的侧壁上；

纵向射线发生器（71），所述纵向射线发生器（71）安装在所述外套筒（11）的底壁上；

水准气泡（72），所述水准气泡（72）安装在所述弧形滑轨（21）的上端面上。

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