CN116412778A - 一种三维测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维测量仪，包括箱体和盖子，所述箱体与盖子转动连接，其特征在于，所述箱体的上端转动连接有激光测量台，所述激光测量台的前端设置有激光管，所述激光管用于测量距离，所述箱体的下方设置有旋转支撑装置，所述激光测量台的末端设置有旋转块，且所述旋转块的中间处开设有旋转齿，所述箱体在旋转齿的正下方开设有方孔，所述方孔下方依次安装有从动齿轮和驱动齿轮。本发明中通过转动旋转盘带动激光管水平方向偏转，然后按压转动旋钮可以带动激光管沿着竖直面偏转，将激光管发出的测量射线定位到测量部位，可以同时测出测量部位的三维尺寸，方便实用。

Description

一种三维测量仪

技术领域

本发明涉及室内测量领域，尤其涉及一种三维测量仪。

背景技术

三维测量仪是一种用于土木建筑工程领域的电子测量仪器，目前最常用的是三维激光扫描系统，这种激光扫描系统一般有三个激光测量器组成，通过三个激光测量器确定目标点的距离及水平度。

然而对于室内装修而言，不仅要测水平度和距离，有时还要测量角度以及尺寸，以便于家具的摆放设计。

现有的实际用于室内装修的三维测量设备一般采用多种工具组合使用，如使用测距仪，角度尺等进行测量工作，但是测距仪在对测量部位进行三维测量时，需要不断地改变测量基准面，使得测量精度降低，而且与角度尺等工具配合使用也比较麻烦，不方便使用。

因此，本发明提供了一种三维测量仪，以便于更精准地测量更多的三维尺寸及角度。

发明内容

本发明旨在提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种三维测量仪，以解决测距仪在对测量部位进行三维测量时，需要不断地改变测量基准面，使得测量精度降低且测量的三维数据有限等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：本发明提供了一种三维测量仪，包括箱体和盖子，所述箱体与盖子转动连接，所述箱体的上端转动连接有激光测量台，所述激光测量台的前端设置有激光管，所述激光管用于测量距离，所述箱体的下方设置有旋转支撑装置；

所述激光测量台的末端设置有旋转块，且所述旋转块的中间处开设有旋转齿，所述箱体在旋转齿的正下方开设有方孔，所述方孔下方依次安装有从动齿轮和驱动齿轮，所述从动齿轮分别与旋转齿和驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮的中心通过第一角度传感器与第一步进电机的转轴固定连接；

所述旋转支撑装置包括支撑台，所述支撑台上方固定有第二步进电机，所述第二步进电机的转轴通过第二角度传感器固定连接有螺杆，所述螺杆的顶端固定有限位块，所述箱体在第二步进电机上方设置有固定板，所述螺杆与固定板螺纹连接，所述固定板上方安装有控制器、水平传感器和蓄电池；

系统启动后，所述激光管进行初始化自动找准：所述控制器以激光管的转动中心点为基准点，同时测量所述激光管到墙面初始点的距离，并启动所述第一步机电机转动，且所述激光管实时测量距离，同时所述第一角度传感器实时检测转动角度，当测量距离逐渐变大时，所述第一步机电机反向转动，采集N个数据后，所述控制器控制第一步机电机带动激光管返回初始点，所述控制器从N个数据中取距离相等且误差最小的两个点，通过所述控制器存储两个点的距离及转动角度值，得到初始点转动两个的转动角度分别为γ和λ，然后控制器再从初始点转动η角度，

完成激光管的自动找准。

作为本发明进一步的方案，所述控制器按以下方式补偿激光发射点到基准点的距离以及基准点到基座底面的高度：

真实测量距离为基准点到测量点的距离，

真实测量高度为测量点到基座底面的高度，

基准点重合及基座平行的面构成基准面。

作为本发明进一步的方案，所述系统应用于测量室内立墙面测量点的三维尺寸时，测量点的垂直高度为

其中，d₁为所述激光管测距到被测量点的距离，d₀为所述激光管测距到立墙面的垂直距离，ε为垂足点到被测点的水平转角。

作为本发明进一步的方案，所述系统应用于测量室内立墙面上任意物体的三维尺寸时，

被测物离激光管近的一端点的高度为

被测物离激光管远的一端点的高度为

当所述基准点在被测物端点外侧时，被测物的长度

被测物的倾角

当所述基准点在被测物端点内侧时，被测物的长度

被测物的倾角

其中，d₂为所述激光管测量离激光管近的一端点的距离，d₃为激光管测量离激光管远的一端点的距离，α为从对准立墙面的点到离激光管近的一端点的转角，β为从对准立墙面的点到离激光管近的一端点的转角，d₀为所述激光管测距到立墙面的垂直距离。

作为本发明进一步的方案，所述箱体上方安装有显示屏和操控按钮。

作为本发明进一步的方案，所述固定板在靠近螺杆的上下两端面分别安装有第一限位开关和第二限位开关。

作为本发明进一步的方案，所述箱体放置于地面或桌面时，调节操控按钮，使所述第二步进电机转动至所述第一限位开关与限位块接触，所述第二步进电机带动螺杆转动，使所述支撑台完全伸出箱体外并支撑箱体，同时控制器接收第一限位开关的闭合信号，判定支撑台伸出箱体外的最大位置，所述限位块上下端设置有电磁插销，所述固定板与电磁插销对应的位置开设有插孔，当所述控制器接收到第一限位开关的闭合信号后，所述电磁插销插入插孔，使所述限位块和固定板固定连接，然后所述螺杆带动箱体整体相对于支撑台进行转动，同时所述第二角度传感器开始检测水平旋转的角度。

作为本发明进一步的方案，所述激光测量台前端下方设置有第一金属感应片，所述箱体的上方在激光测量台与箱体水平贴合时第一金属感应片对应的位置设置有第二金属感应片，所述激光测量台在靠近旋转块的上端设置有第三金属感应片，所述箱体的上端内侧在激光测量台与箱体垂直贴合时第三金属感应片对应的位置设置有第四金属感应片。

本发明提供了一种三维测量仪，有益效果在于：

一、本发明中通过设置第一步机电机和第一角度传感器，在每次装置启动后都会自动进行初始化找垂点，通过将基座置于室内任一水平位置，启动装置后，控制器以激光管的转动中心点为基准点，激光管初始点距离，并启动第一步机电机转动，且激光管实时测量距离，同时第一角度传感器实时检测转动角度，当测量距离逐渐变大时，第一步机电机反向转动，采集N个数据后，控制器控制第一步机电机带动激光管返回初始点，控制器从N个数据中取距离相等且误差最小的两个点，通过控制器存储两个点的距离及转动角度值，得到初始点转动两个的转动角度分别为γ和λ，然后控制器再从初始点转动η角度，

完成激光管的自动找准，通过这种初始化，装置每次在室内测量时都能够自动校准，为后续三维空间内其它数据的测量提供了标准的基点，同时提高了测量精度，大大减少了测量人员的工作量，操作简单方便；

二、本发明中通过调节操控按钮，使第二步进电机转动至第一限位开关与限位块接触，第二步进电机带动螺杆转动，使支撑台完全伸出箱体外并支撑箱体，同时控制器接收第一限位开关的闭合信号，判定支撑台伸出箱体外的最大位置，继续转动时，螺杆带动箱体整体相对于支撑台进行转动，同时第二角度传感器开始检测水平旋转的角度，同时，由于限位块和固定板的限制，螺杆带动箱体整体相对于支撑台进行转动，同时第二角度传感器开始检测水平旋转的角度，而不使用时，只需要操控第二步进电机反向旋转，直至第二限位开关与第二步进电机接触，此时支撑台收到箱体内，以有效防护支撑台。

三、本发明的三维测量仪在应用于室内测量时，可以快速精准地测量目标点的距离及水平和垂直角度，同时也能够测量室内三维两端点之间的长度及角度，测量应用范围广，测量精准，大大提高了三维测量的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明三维测量仪的结构示意图；

图2为本发明三维测量仪中箱体的结构示意图；

图3为本发明三维测量仪中激光测量台的结构示意图；

图4为本发明三维测量仪的剖面示意图；

图5为图4中的A处放大示意图；

图6为图4中的B处放大示意图；

图7为本发明实施例3的室内三维测量示意图；

图8为本发明实施例4的室内三维测量示意图；

图9为本发明实施例5基准点在被测物端点外侧的室内三维测量示意图；

图10为本发明实施例5基准点在被测物端点内侧的室内三维测量示意图；

图11为本发明实施例6的室内三维测量示意图。

图中：1、箱体；2、盖子；3、激光测量台；4、激光管；5、旋转支撑装置；6、旋转块；7、旋转齿；8、方孔；9、从动齿轮；10、驱动齿轮；11、第一步进电机；12、支撑台；13、第二步进电机；14、螺杆；15、限位块；16、固定板；17、第一限位开关；18、第二限位开关；19、第一金属感应片；20、第二金属感应片；21、第三金属感应片；22、第四金属感应片；23、控制器；24、水平传感器；25、蓄电池；26、显示屏；27、操控按钮；28、卡扣；29、卡口；30、基准面；31、立墙面；32、顶面。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

如图1-4所示，本实施例的三维测量仪，包括箱体1和盖子2，箱体1与盖子2转动连接，箱体1的上端转动连接有激光测量台3，激光测量台3的前端设置有激光管4，激光管4用于测量距离，箱体1的下方设置有旋转支撑装置5，盖子2的前端设置有卡扣28，箱体1的前侧在盖子2扣合时卡扣28对应的位置设置有卡口29，卡扣28与卡口29配合以将盖子2卡接在箱体1上，通过盖子2的设置，可以在测量仪不使用时，对测量仪内部进行防护，使用时，只需要按压卡扣28从卡口29脱离，即可打开盖子2，卡扣28与卡口29结构属于本领域公知常识，不再赘述。

激光测量台3的末端设置有旋转块6，且旋转块6的中间处开设有旋转齿7，箱体1在旋转齿7的正下方开设有方孔8，方孔下方依次安装有从动齿轮9和驱动齿轮10，从动齿轮9分别与旋转齿7和驱动齿轮10啮合，驱动齿轮10的中心通过第一角度传感器与第一步进电机11的转轴固定连接，通过步进电机11的转动带动驱动齿轮10和从动齿轮9进行转动，从而使旋转齿7带动旋转块6进行转动，使得激光管4在垂直面上进行旋转，同时第一角度传感器测量激光管4旋转的角度，便于三维测量仪测量角度和距离。

旋转支撑装置5包括支撑台12，支撑台12上方固定有第二步进电机13，第二步进电机13的转轴通过第二角度传感器固定连接有螺杆14，螺杆14的顶端固定有限位块15，箱体2在第二步进电机13上方设置有固定板16，螺杆14与固定板16螺纹连接，固定板16上方安装有控制器23、水平传感器24和蓄电池25，控制器23包括有计算模块和存储模块，通过计算模块将激光管4采集的实时数据进行计算分析得到所需要显示的数值，通过存储模块可以存储测量物的数据，便于后期整理调取。

箱体1上方安装有显示屏26和操控按钮27，显示屏26用于显示测量数据，操控按钮27用于控制第一步进电机11及第二步进电机13的转动，从而完成测量仪对目标点角度和距离的测量。

实施例2

参考图1-6，在实施例1的基础上，为了使三维测量仪测量得更加精准，通过精准确定激光管4的水平位置及垂直位置，便于复位及定位，从而精准地进行连续性测量工作，本实施例的固定板16在靠近螺杆14的上下两端面分别安装有第一限位开关17和第二限位开关18，当箱体1放置于地面或桌面时，调节操控按钮27，使第二步进电机13转动至第一限位开关17与限位块15接触，第二步进电机13带动螺杆14转动，使支撑台12完全伸出箱体1外并支撑箱体1，同时控制器23接收第一限位开关17的闭合信号，判定支撑台12伸出箱体1外的最大位置，限位块15上下端设置有电磁插销，固定板16与电磁插销对应的位置开设有插孔，当控制器23接收到第一限位开关17的闭合信号后，电磁插销插入插孔，使限位块15和固定板16固定连接，然后螺杆14带动箱体1整体相对于支撑台12进行转动，同时第二角度传感器开始检测水平旋转的角度。

步进电机13继续旋转时，由于限位块15和固定板16的限制，螺杆14带动箱体1整体相对于支撑台12进行转动，同时第二角度传感器开始检测水平旋转的角度，而不使用时，只需要操控第二步进电机13反向旋转，直至第二限位开关18与第二步进电机13接触，此时支撑台12收到箱体1内，以有效防护支撑台12。

激光测量台3前端下方设置有第一金属感应片19，箱体1的上方在激光测量台3与箱体1水平贴合时第一金属感应片19对应的位置设置有第二金属感应片20，激光测量台3在靠近旋转块6的上端设置有第三金属感应片21，箱体1的上端内侧在激光测量台3与箱体1垂直贴合时第三金属感应片21对应的位置设置有第四金属感应片22。

当第一金属感应片19与第二金属感应片20贴合时，控制器23检测到闭合信号，此时确定激光测量台3处于水平位置，第三金属感应片21与第四金属感应片22贴合时，控制器检测到闭合信号，此时确定激光测量台3处于垂直位置，从而便于测量仪的复位及定位，从而精准地进行连续性测量工作。

实施例3

在实际室内装修三维测量时，很难将测量装置的测量头和墙面完全垂直或平行，导致测量数据不准，所以真实测量需要花一些时间确定测量基准点，然后将测量装置放置于基准点上进行测量，本实施的三维测量装置并不需要确定基准点，放在室内任一水平位置即可。

如图7所示，具体实现方式为：将基座1置于室内任一水平位置，转动激光管4完全贴合于旋转盘2的中间通槽内，参考第一角度标线14归零，启动装置后，激光管4的转动中心点为基准点，激光管4测距时，控制器23自动补偿激光发射点到基准点的距离以及基准点到基座1底面的高度，从而真实测量距离就是基准点到测量点的距离，测量高度为测量点到基座1底面的高度，与基准点重合及基座1平行的面构成基准面30。

激光管4初始测量点为C点，控制器23存储C点距离，第二步进电机13自动转动，并由激光管4实时测量距离，同时第二角度传感器实时检测转动角度，当测量距离逐渐变大时，说明测量点逐渐远离垂足点，第二步进电机13开始反向转动实时采集测量距离，采集N个数据后，控制器23控制第一步机电机20带动激光管4返回初始C点，控制器23从N个数据中分析判断距离相等且误差最小的两个点D和E，此时D点和E点与基准点构成等腰三角形，D点和E点的中心即为垂足点，通过控制器23存储D和E点的距离及角度值，得到初始C点转动到D点的角度为γ，初始C点转动到D点的角度为λ，从而初始C点到垂足点需转动的角度

然后控制器再从初始C点转动η角，即自动完成激光管4与立墙面31垂直对准，以便之后的精准测量，通过控制器23内部运算，实现了初始自动校正过程，解决现有技术中还需要定位基准点或测量点的问题，方便实用。

实施例4

如图9所示，基于实施例1和2的室内装修的三维测量系统，初始自动校正后，应用于测量立墙面31上任一点P的高度值时，操作操控按钮27使第一步进电机11转动，进而带动激光管4转动，使激光管4发射的激光管对准测量点P，此时，第一角度传感器测得从垂足点转动到P点的水平转角为ε，时激光测距到P点的距离为d₁，则通过控制器23运算，

测量点P点高度

并将测量点的测量数据显示在显示屏26上，显示内容包括但不限于以基准点为原点的P点的三维角度和三维尺寸。

实施例5

如图9和10所示，基于实施例1-4的室内装修的三维测量系统，初始自动校正后，应用于测量立墙面31上任一物体的三维尺寸时，转动激光管4使激光管4发射的激光对准被测物距离垂足较近的端点B，测量出B点距离d₂及与垂点角度α，同时，控制器23存储记录标记点B点数据，再转动箱体1和激光管4使激光管4发射的激光管对准被测物距离垂足较远的端点A，测量出A点距离d₃及与垂点角度β，控制器23存储记录标记点B点数据，通过控制器建立三维空间运算，

被测物一端点B点的高度为

被测物另一端点A点的高度为

被测物的水平距离为Δd，

被测物的长度为

在测量过程中基准点可能在被测物端点外侧，也可能在被测物端点内侧，具体判断过程为：控制从标记点B点到A点的过程中，先水平转动，当测量距离逐渐增大，说明基准点在被测物端点外侧，当测量距离先减小后增大，说明基准点在被测物端点内侧。

参考图10，当控制器判断基准点在被测物端点外侧时：

被测物的水平距离Δd＝d₀(tanβ-tanα),

代入上述运算值，

而被测物的倾角

代入上述运算值，

参考图11，当控制器判断基准点在被测物端点内侧时：

被测物的水平距离Δd＝d₀(tanα+tanβ),

代入上述运算值，

而被测物的倾角

代入上述运算值，

从而通过控制器的运算，精确计算出被测物的三维数据，并将测量点的测量数据显示在显示屏17上，显示内容包括但不限于以基准点为原点的被测物的三维角度和三维尺寸。

实施例6

如图11所示，基于实施例1和2的室内装修的三维测量系统，初始自动校正后，应用于测量顶面32物体的三维尺寸度时，首先转动激光管4至与基座1垂直的位置，然后将基座1放置在其中一个被测物端点M点的正下方，M点和基准点的连线构成与基座1的垂线，此时，激光管4测量出M点的高度h₀，然后转动激光管4使激光管4发射的激光管对准被测物距另一端点N，从而测量出到另一端点N点的距离h₄，第一角度传感器21测出由M点到N点的水平转角δ，

则被测物的长度为

从而通过控制器的运算，精确计算出被测物的三维数据，并将测量点的测量数据显示在显示屏17上，显示内容包括但不限于以基准点为原点的被测物的三维角度和三维尺寸。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请，本申请的三维测量装置可以应用于多种测量环境。对于本领域技术人员来说，可以基于本申请的技术方案可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种三维测量仪，包括箱体和盖子，所述箱体与盖子转动连接，其特征在于，所述箱体的上端转动连接有激光测量台，所述激光测量台的前端设置有激光管，所述激光管用于测量距离，所述箱体的下方设置有旋转支撑装置；

所述激光测量台的末端设置有旋转块，且所述旋转块的中间处开设有旋转齿，所述箱体在旋转齿的正下方开设有方孔，所述方孔下方依次安装有从动齿轮和驱动齿轮，所述从动齿轮分别与旋转齿和驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮的中心通过第一角度传感器与第一步进电机的转轴固定连接；

所述旋转支撑装置包括支撑台，所述支撑台上方固定有第二步进电机，所述第二步进电机的转轴通过第二角度传感器固定连接有螺杆，所述螺杆的顶端固定有限位块，所述箱体在第二步进电机上方设置有固定板，所述螺杆与固定板螺纹连接，所述固定板上方安装有控制器、水平传感器和蓄电池；

三维测量仪启动后，所述激光管进行初始化自动找准：所述控制器以激光管的转动中心点为基准点，同时测量所述激光管到墙面初始点距离，并启动所述第一步机电机转动，且所述激光管实时测量距离，同时所述第一角度传感器实时检测转动角度，当测量距离逐渐变大时，所述第一步机电机反向转动，采集N个数据后，所述控制器控制第一步机电机带动激光管返回初始点，所述控制器从N个数据中取距离相等且误差最小的两个点，通过所述控制器存储两个点的距离及转动角度值，得到初始点转动两个的转动角度分别为γ和λ，然后控制器再从初始点转动d角度，

自动完成找准激光管与墙面的垂直点。

2.根据权利要求1所述的三维测量仪，其特征在于，所述控制器按以下方式补偿激光发射点到基准点的距离以及基准点到基座底面的高度：

真实测量距离为基准点到测量点的距离，

真实测量高度为测量点到基座底面的高度，

基准点重合及基座平行的面构成基准面。

3.根据权利要求2所述的三维测量仪，其特征在于，测量仪应用于测量室内立墙面测量点的三维尺寸时，测量点的垂直高度为

其中，d₁为所述激光管测距到被测量点的距离，d₀为所述激光管测距到立墙面的垂直距离，ε为垂足点到被测点的水平转角。

4.根据权利要求2所述的三维测量仪，其特征在于，测量仪应用于测量室内立墙面上任意物体的三维尺寸时，

被测物离激光管近的一端点的高度为

被测物离激光管远的一端点的高度为

当所述基准点在被测物端点外侧时，被测物的长度

被测物的倾角

当所述基准点在被测物端点内侧时，被测物的长度

被测物的倾角

其中，d₂为所述激光管测量离激光管近的一端点的距离，d₃为激光管测量离激光管远的一端点的距离，α为从对准立墙面的点到离激光管近的一端点的转角，β为从对准立墙面的点到离激光管近的一端点的转角，d₀为所述激光管测距到立墙面的垂直距离。

5.根据权利要求1所述的三维测量仪，其特征在于，所述箱体上方安装有显示屏和操控按钮。

6.根据权利要求5所述的三维测量仪，其特征在于，所述固定板在靠近螺杆的上下两端面分别安装有第一限位开关和第二限位开关。

7.根据权利要求6所述的三维测量仪，其特征在于，所述箱体放置于地面或桌面时，调节操控按钮，使所述第二步进电机转动至所述第一限位开关与限位块接触，所述第二步进电机带动螺杆转动，使所述支撑台完全伸出箱体外并支撑箱体，同时控制器接收第一限位开关的闭合信号，判定支撑台伸出箱体外的最大位置，所述限位块上下端设置有电磁插销，所述固定板与电磁插销对应的位置开设有插孔，当所述控制器接收到第一限位开关的闭合信号后，所述电磁插销插入插孔，使所述限位块和固定板固定连接，然后所述螺杆带动箱体整体相对于支撑台进行转动，同时所述第二角度传感器开始检测水平旋转的角度。

8.根据权利要求7所述的三维测量仪，其特征在于，所述激光测量台前端下方设置有第一金属感应片，所述箱体的上方在激光测量台与箱体水平贴合时第一金属感应片对应的位置设置有第二金属感应片，所述激光测量台在靠近旋转块的上端设置有第三金属感应片，所述箱体的上端内侧在激光测量台与箱体垂直贴合时第三金属感应片对应的位置设置有第四金属感应片。

9.根据权利要求5所述的三维测量仪，其特征在于，当所述第一金属感应片与第二金属感应片贴合时，控制器检测到闭合信号，此时确定激光测量台处于水平位置，所述第三金属感应片与第四金属感应片贴合时，控制器检测到闭合信号，此时确定激光测量台处于垂直位置。

10.根据权利要求1所述的三维测量仪，其特征在于，所述盖子的前端设置有卡扣，所述箱体的前侧在盖子扣合时卡扣对应的位置设置有卡口，所述卡扣与卡口配合以将盖子卡接在箱体上。

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