CN118311552B - 用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置及精调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置及精调方法，包括抗振稳定台、支撑立柱、夹持套筒；抗振稳定台内设有凹槽、齿轮组，支撑立柱下端竖直设有导轨，导轨两侧均设有齿条，导轨通过齿轮齿条啮合竖直安装在所述抗振稳定台内；支撑立柱相邻两侧分别竖直设有一号立柱、二号立柱，夹持套筒的外圆周面上均布有一号水平连接杆、二号水平连接杆以及两个固定位移器；一号水平连接杆、二号水平连接杆分别固定在所述一号立柱、二号立柱上，且夹持套筒位于凹槽的一侧上方；抗振稳定台上设有与齿条啮合的齿轮驱动装置以及辅助激光器，齿轮驱动装置驱动导轨竖直上下移动。本发明可以提高标定精度，同时避免传统方法中与物理测量相关的人为误差。

Description

用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置及精调方法

技术领域

本发明涉及用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置及精调方法，属于路基路面施工技术领域。

背景技术

在交通土建和智能建造领域，精确的测量技术对于确保工程质量和效率至关重要。激光测量技术由于其高精度和可靠性，已成为这些领域的关键工具。在采用激光接发射装置进行测量，特别是涉及精密测量的应用中，激光接收装置的准确性至关重要。这些装置通常包含多个激光传感器，它们以特定的几何排布（如自上而下排布）来收集数据。传感器之间的精确间距对于确保测量数据的准确性至关重要。

传统的传感器间距标定方法通常涉及物理拆卸装置和使用工具（如千分尺）进行手动测量。这种方法不仅费时费力，而且容易受到人为误差的影响。例如，确定准确的测量起点和终点、以及读取和记录测量值时的微小偏差，都可能导致整体测量精度的降低。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置及精调方法，本发明可以提高标定精度，同时避免传统方法中与物理测量相关的人为误差；而且通过使用本发明的方法，可以在不拆卸装置的情况下精确测量传感器之间的间距，从而提高整体测量系统的精度和可靠性。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置，包括抗振稳定台、支撑立柱、夹持套筒；

所述抗振稳定台内设有凹槽、齿轮组，所述支撑立柱下端竖直设有导轨，所述导轨两侧均设有齿条，所述导轨通过齿轮齿条啮合竖直安装在所述抗振稳定台内；

所述支撑立柱相邻两侧分别竖直设有一号立柱、二号立柱，所述一号立柱、二号立柱的下端均设有呈垂直排列的两个激光位移传感器；

所述夹持套筒的外圆周面上均布有一号水平连接杆、二号水平连接杆以及两个固定位移器；所述一号水平连接杆、二号水平连接杆分别固定在所述一号立柱、二号立柱上，且夹持套筒位于凹槽的一侧上方；

所述抗振稳定台上设有与齿条啮合的齿轮驱动装置以及辅助激光器，所述齿轮驱动装置驱动导轨竖直上下移动；

所述固定位移器包括顶丝、微调旋钮、粗调旋钮；所述顶丝螺纹连接在所述夹持套筒上，所述微调旋钮、粗调旋钮均固定在所述顶丝位于夹持套筒外的一端上。

进一步的技术方案是，所述齿轮组由两列齿轮竖向从上到下呈竖直排列分布，两列齿轮对称分布在所述导轨的两侧。

进一步的技术方案是，所述一号立柱、二号立柱均通过两个连接杆固定在所述支撑立柱的侧面上。

进一步的技术方案是，所述两个激光位移传感器的竖向间距为h，其h的取值范围为20mm～50mm。

进一步的技术方案是，所述激光位移传感器的精度为0.1μm；所述辅助激光器的功率为2mW，波长范围为400nm～700nm，旋转频率为600rpm。

进一步的技术方案是，所述夹持套筒的外径为15cm，内径为10cm。

进一步的技术方案是，所述微调旋钮的直径小于粗调旋钮，所述微调旋钮、粗调旋钮上均径向设有旋转杆。

进一步的技术方案是，所述齿轮驱动装置包括啮合齿、水平驱动轴、驱动电机和固定在所述抗振稳定台上的轴承；所述水平驱动轴安装在所述轴承内，所述啮合齿安装在所述水平驱动轴的一端，所述水平驱动轴的另一端与驱动电机连接，所述啮合齿与所述导轨一侧的齿条啮合。

用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调方法，具体包括以下步骤：

步骤1、启动激光位移传感器，将待标定激光接收标靶插入夹持套筒内，使待标定激光接收标靶的激光信号接收窗口面向所述辅助激光器，然后顺时针调节固定位移器上的粗调旋钮，驱动顶丝固定住待标定激光接收标靶；

步骤2、查看一号立柱下部的两个激光位移传感器的数值，位于上方的激光位移传感器的数值为S₁，位于下方的激光位移传感器的数值为S₂；若S₁大于S₂，则顺时针调节微调旋钮，若S₁小于S₂，则逆时针调节微调旋钮，至S₁等于S₂为止；

步骤3、查看二号立柱下部的两个激光位移传感器的数值，位于上方的激光位移传感器的数值为S₃，位于下方的激光位移传感器的数值为S₄；若S₃大于S₄，则顺时针调节微调旋钮，若S₃小于S₄，则逆时针调节微调旋钮，至S₃等于S₄为止；

步骤4、启动辅助激光器，发射旋转激光信号；

步骤5、启动齿轮驱动装置，驱动支撑立柱的导轨向上移动，移动距离为H _A；

步骤6、启动激光接收标靶，将激光接收标靶对辅助激光器的响应信号代入至时距转换算法计算，计算出激光接收标靶中上下两个激光传感器的的竖向间距H _B；

式中：H _B为激光接收标靶中上下两个激光传感器的的竖向间距计算值；H _A为导轨向上的移动距离；a为间距修正系数，取值范围为0.5至1.5；ω为辅助激光器的旋转频率；t ₁、t ₂、t ₃分别为激光接收标靶在一个旋转周期内位于上部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；t ₄、t ₅、t ₆分别为所述激光接收标靶在一个旋转周期内位于下部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；

步骤7、在步骤5的基础上，继续启动齿轮驱动装置，驱动导轨向上移动，二次移动距离为H _C；

步骤8、运用时距转换反变形算法，计算出步骤7中导轨向上的二次移动距离计算值H _D；

式中：H _D为导轨向上的二次移动距离计算值；H _B为激光接收标靶中上下两个激光传感器的的竖向间距计算值；ω为辅助激光器的旋转频率；t ₁₁、t ₁₂、t ₁₃分别为激光接收标靶在另一个旋转周期内位于上部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；t ₁₄、t ₁₅、t ₁₆分别为所述激光接收标靶在另一个旋转周期内位于下部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；

步骤9、如果H _D=H _C，则标定完成，所述激光接收标靶中上下两个激光传感器的竖向间距最终设定为H _B，如果H _D≠H _C，则重复步骤4～步骤8，直至H _D=H _C为止。

本发明的有益效果：

（1）人工采用千分尺、螺旋测微器等仪器，找不到准确的测量起点和终点时，采用上述方法可有效避免人为误差；

（2）无需拆卸激光接收标靶，实现无损标定；

（3）标定效率高，精度优于千分尺、螺旋测微器。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为支撑立柱安装抗振稳定台内的安装图；

图3为固定位移器的结构示意图；

图4为齿轮驱动装置的结构示意图；

图5为两个固定位移器与夹持套筒的安装结构示意图；

图6为激光接收标靶的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1所示，本发明的用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置，包括抗振稳定台1、支撑立柱2、夹持套筒3；

所述抗振稳定台1的自动安平角度范围为±5°，抗振动频率范围为0.5Hz至50Hz；

所述抗振稳定台1内设有凹槽4、齿轮组5，所述支撑立柱2下端竖直设有导轨6，所述导轨6两侧均设有齿条，所述导轨6通过齿轮齿条啮合竖直安装在所述抗振稳定台1内；

所述支撑立柱2相邻两侧分别竖直设有一号立柱7、二号立柱8，所述一号立柱7、二号立柱8的下端均设有呈垂直排列的两个激光位移传感器9；

所述一号立柱7的激光位移传感器9向图1中的x方向的发射位移测量信号，所述二号立柱8下部的激光位移传感器9向图1中的y方向的发射位移测量信号，所述激光位移传感器的精度为0.1μm；

所述夹持套筒3的外圆周面上均布有一号水平连接杆10、二号水平连接杆11以及两个固定位移器12；所述一号水平连接杆10、二号水平连接杆11分别固定在所述一号立柱7、二号立柱8上，且夹持套筒3位于凹槽4的一侧上方；

2个固定位移器12与夹持套筒3的中心连线构成的夹角为90°，相对于一号立柱7的固定位移器12控制x方向移动，相对于二号立柱8的固定位移器12控制y方向移动；

所述抗振稳定台1上设有与齿条啮合的齿轮驱动装置13以及辅助激光器14，所述齿轮驱动装置13驱动导轨6竖直上下移动，所述辅助激光器14向x方向的发射位移测量信号，其功率为2mW，波长范围为400nm～700nm，旋转频率为600rpm。

如图5所示，其中所述夹持套筒3的外径为15cm，内径为10cm；

2个激光位移传感器9呈垂直排列，竖向间距为h（取值范围为20mm～50mm）；

在本实施例中，如图2所示，所述齿轮组由两列齿轮竖向从上到下呈竖直排列分布，两列齿轮对称分布在导轨6的两侧。

在本实施例中，三个立柱之间的连接方式是，所述一号立柱7、二号立柱8均通过两个连接杆固定在所述支撑立柱2的侧面上，其中一号立柱7、二号立柱8与支撑立柱2之间均是通过两个水平设置的连接杆连接，这样可以保持一定的间隙，以及提高连接稳定性。

在本实施例中，如图3所示，固定位移器12的一种具体实施方式是，所述固定位移器12包括顶丝121、微调旋钮122、粗调旋钮123；所述顶丝121径向穿过夹持套筒3，所述微调旋钮122、粗调旋钮123均固定在所述顶丝121位于夹持套筒3外的一端上，所述微调旋钮的直径122小于粗调旋钮123；其中微调旋钮122、粗调旋钮123都是带动顶丝121旋转，进而调节顶丝121在夹持套筒3内的径向位移；

逆时针调节微调旋钮122、粗调旋钮123，所述顶丝121往夹持套筒3外部方向移动，所述粗调旋钮123每旋转一圈所述顶丝121移动4mm，所述粗调机构总调节距离为40mm，所述微调旋钮122每旋转一圈所述顶丝121移动0.1mm，所述微调机构总调节距离为4mm；

在本实施例中，为了便于旋转旋钮，优选的实施方式是，所述微调旋钮122、粗调旋钮123上均径向设有旋转杆124。

在本实施例中，如图4所示，齿轮驱动装置13的一种具体实施方式是，所述齿轮驱动装置13包括啮合齿、水平驱动轴、驱动电机和固定在所述抗振稳定台1上的轴承；所述水平驱动轴安装在所述轴承内，所述啮合齿安装在所述水平驱动轴的一端，所述水平驱动轴的另一端与驱动电机连接，所述啮合齿与所述导轨6一侧的齿条啮合。这样驱动电机带动啮合齿传动，进而使得导轨6竖直移动。

用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调，具体包括以下步骤：

步骤1、启动激光位移传感器9，将待标定激光接收标靶（如图6所示）竖直插入夹持套筒3内，使待标定激光接收标靶的激光信号接收窗口面向所述辅助激光器14，然后顺时针调节固定位移器12上的粗调旋钮123，驱动顶丝121固定住待标定激光接收标靶；

步骤2、查看一号立柱7下部的两个激光位移传感器9的数值，位于上方的激光位移传感器9的数值为S₁，位于下方的激光位移传感器9的数值为S₂；若S₁大于S₂，则顺时针调节微调旋钮122，若S₁小于S₂，则逆时针调节微调旋钮122，至S₁等于S₂为止；

步骤3、查看二号立柱8下部的两个激光位移传感器9的数值，位于上方的激光位移传感器的数值为S₃，位于下方的激光位移传感器9的数值为S₄；若S₃大于S₄，则顺时针调节微调旋钮122，若S₃小于S₄，则逆时针调节微调旋钮122，至S₃等于S₄为止；

步骤4、启动辅助激光器14，发射旋转激光信号；

步骤5、启动齿轮驱动装置13，驱动支撑立柱2的导轨6向上移动，移动距离为H _A；

步骤6、启动激光接收标靶，将激光接收标靶对辅助激光器14的响应信号代入至时距转换算法计算，计算出激光接收标靶中上下两个激光传感器的的竖向间距H _B；

式中：H _B为激光接收标靶中上下两个激光传感器的的竖向间距计算值；H _A为导轨向上的移动距离；a为间距修正系数，取值范围为0.5至1.5；ω为辅助激光器的旋转频率；t₁、t₂、t₃分别为激光接收标靶在一个旋转周期内位于上部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；t₄、t₅、t₆分别为所述激光接收标靶在一个旋转周期内位于下部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；

步骤7、在步骤5的基础上，继续启动齿轮驱动装置13，驱动导轨6向上移动，二次移动距离为H _C；

步骤8、运用时距转换反变形算法，计算出步骤7中导轨6向上的二次移动距离计算值H _D；

式中：H _D为导轨向上的二次移动距离计算值；H _B为激光接收标靶中上下两个激光传感器的的竖向间距计算值；ω为辅助激光器的旋转频率；t ₁₁、t ₁₂、t ₁₃分别为激光接收标靶在另一个旋转周期内位于上部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；t ₁₄、t ₁₅、t ₁₆分别为所述激光接收标靶在另一个旋转周期内位于下部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；

步骤9、如果H _D=H _C，则标定完成，所述激光接收标靶中上下两个激光传感器的竖向间距最终设定为H _B，如果H _D≠H _C，则重复步骤4～步骤8，直至H _D=H _C为止。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出一些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置，其特征在于，包括抗振稳定台、支撑立柱、夹持套筒；

所述抗振稳定台内设有凹槽、齿轮组，所述支撑立柱下端竖直设有导轨，所述导轨两侧均设有齿条，所述导轨通过齿轮齿条啮合竖直安装在所述抗振稳定台内；

所述支撑立柱相邻两侧分别竖直设有一号立柱、二号立柱，所述一号立柱、二号立柱的下端均设有呈垂直排列的两个激光位移传感器；

所述夹持套筒的外圆周面上均布有一号水平连接杆、二号水平连接杆以及两个固定位移器；所述一号水平连接杆、二号水平连接杆分别固定在所述一号立柱、二号立柱上，且夹持套筒位于凹槽的一侧上方；

所述抗振稳定台上设有与齿条啮合的齿轮驱动装置以及辅助激光器，所述齿轮驱动装置驱动导轨竖直上下移动；

所述固定位移器包括顶丝、微调旋钮、粗调旋钮；所述顶丝螺纹连接在所述夹持套筒上，所述微调旋钮、粗调旋钮均固定在所述顶丝位于夹持套筒外的一端上。

2.根据权利要求1所述的用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置，其特征在于，所述齿轮组由两列齿轮竖向从上到下呈竖直排列分布，两列齿轮对称分布在所述导轨的两侧。

3.根据权利要求1所述的用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置，其特征在于，所述一号立柱、二号立柱均通过两个连接杆固定在所述支撑立柱的侧面上。

4.根据权利要求1所述的用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置，其特征在于，所述两个激光位移传感器的竖向间距为h，其h的取值范围为20mm～50mm。

5.根据权利要求1所述的用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置，其特征在于，所述微调旋钮的直径小于粗调旋钮，所述微调旋钮、粗调旋钮上均径向设有旋转杆。

6.根据权利要求1所述的用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置，其特征在于，所述齿轮驱动装置包括啮合齿、水平驱动轴、驱动电机和固定在所述抗振稳定台上的轴承；所述水平驱动轴安装在所述轴承内，所述啮合齿安装在所述水平驱动轴的一端，所述水平驱动轴的另一端与驱动电机连接，所述啮合齿与所述导轨一侧的齿条啮合。

7.用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-6任一所述的用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调装置实现，具体包括以下步骤：

步骤1、启动激光位移传感器，将待标定激光接收标靶插入夹持套筒内，使待标定激光接收标靶的激光信号接收窗口面向所述辅助激光器，然后顺时针调节固定位移器上的粗调旋钮，驱动顶丝固定住待标定激光接收标靶；

步骤2、查看一号立柱下部的两个激光位移传感器的数值，位于上方的激光位移传感器的数值为S₁，位于下方的激光位移传感器的数值为S₂；若S₁大于S₂，则顺时针调节微调旋钮，若S₁小于S₂，则逆时针调节微调旋钮，至S₁等于S₂为止；

步骤3、查看二号立柱下部的两个激光位移传感器的数值，位于上方的激光位移传感器的数值为S₃，位于下方的激光位移传感器的数值为S₄；若S₃大于S₄，则顺时针调节微调旋钮，若S₃小于S₄，则逆时针调节微调旋钮，至S₃等于S₄为止；

步骤4、启动辅助激光器，发射旋转激光信号；

步骤5、启动齿轮驱动装置，驱动支撑立柱的导轨向上移动，移动距离为H _A；

步骤6、启动激光接收标靶，将激光接收标靶对辅助激光器的响应信号代入至时距转换算法计算，计算出激光接收标靶中上下两个激光传感器的的竖向间距H _B；

步骤7、在步骤5的基础上，继续启动齿轮驱动装置，驱动导轨向上移动，二次移动距离为H _C；

步骤8、运用时距转换反变形算法，计算出步骤7中导轨向上的二次移动距离计算值H _D；

步骤9、如果H _D=H _C，则标定完成，所述激光接收标靶中上下两个激光传感器的竖向间距最终设定为H _B，如果H _D≠H _C，则重复步骤4～步骤8，直至H _D=H _C为止。

8.根据权利要求7所述的用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调方法，其特征在于，所述步骤6中的计算公式为：

式中：H _B为激光接收标靶中上下两个激光传感器的的竖向间距计算值；H _A为导轨向上的移动距离；a为间距修正系数，取值范围为0.5至1.5；ω为辅助激光器的旋转频率；t₁、t₂、t₃分别为激光接收标靶在一个旋转周期内位于上部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；t₄、t₅、t₆分别为所述激光接收标靶在一个旋转周期内位于下部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据。

9.根据权利要求7所述的用于旋转激光探测器的光敏元件间距精调方法，其特征在于，所述步骤8中的计算公式为：

式中：H _D为导轨向上的二次移动距离计算值；H _B为激光接收标靶中上下两个激光传感器的的竖向间距计算值；ω为辅助激光器的旋转频率；t ₁₁、t ₁₂、t ₁₃分别为激光接收标靶在另一个旋转周期内位于上部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据；t ₁₄、t ₁₅、t ₁₆分别为所述激光接收标靶在另一个旋转周期内位于下部的激光传感器三次接收到激光信号所对应的响应时间数据。