CN209373101U - 一种基于激光测距的目标限界测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于激光测距的目标限界测量系统，所述系统包括：至少一个线性激光器、激光图像采集器以及上位机，其中，各个所述线性激光器与被测目标各个外侧面相对设置，且所述线性激光器所发射的线性激光束从所述外侧面的一个设定点延伸到所述外侧面的另一个设定点；所述激光图像采集器位于，所述线性激光器与所述线性激光器所发射的线性激光束所形成的平面之外；所述激光图像采集器与所述上位机通信连接。应用本实用新型实施例，可以测量被测目标表面的各个点相对激光采集器连接到激光图像采集器的直线的距离。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测距系统，更具体涉及一种基于激光测距的目标限界测量系统。
背景技术
在设备运行时，在外界影响下，设备可能会存在抖动，变形等，进而导致设备的限界发生改变。设备的限界发生改变，如果设备的限界的变化超出了设定的范围，则会产生危险，因此，对设备的限界进行测试是十分必要的。
目前，比较常用的设备的限界测量系统为激光限界测量系统，该系统的工作原理是使用多个点激光测距仪向被测目标表面发射激光束，然后测量被测目标表面距离激光测距仪的距离。
但是，现有的激光测距仪发射的都是点状激光，仅能测量被测目标表面的一个点的相对距离，如果需要测量被测目标表面上若干个点的相对距离的话，需要设置对应数量的激光测距仪，进而导致激光限界测量系统的应用成本较高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种基于激光测距的目标限界测量系统，以解决现有技术存在的激光限界测量系统的应用成本较高的技术问题。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
本实用新型实施例提供了一种基于激光测距的目标限界测量系统，所述系统包括：至少一个线性激光器、激光图像采集器以及上位机，其中，
所述线性激光器与被测目标各个外侧面相对设置，且所述线性激光器所发射的线性激光束从所述外侧面的一个设定点延伸到所述外侧面的另一个设定点；
所述激光图像采集器位于，所述线性激光器与所述线性激光器所发射的线性激光束所形成的平面之外；
所述激光图像采集器与所述上位机通信连接。
可选的，与被测目标任意一个侧面相对设置的所述线性激光器的数量，等于与被测目标所述侧面相对设置的激光图像采集器的数量。
可选的，对应所述被测目标同一侧面的所述线性激光器所发射的线性激光束具有共同的端点。
可选的，所述线性激光器在与所述被测目标前进方向垂直的平面上，环绕所述被测目标设置。
可选的，所述线性激光器所发射的线性激光束从所述外侧面的一个边缘竖直延伸，或者水平延伸到所述外侧面的另一个边缘。
本实用新型相比现有技术具有以下优点：
应用本实用新型实施例，通过线性激光器发射的照射在被测目标表面的线性激光束反射到激光图像采集器的光束在激光图像采集器的成像元件上的移动，利用三角测距原理测量线性激光束所覆盖的被测目标表面的各个点相对激光采集器连接到激光图像采集器的直线的距离，相对于现有技术，不需要激光测距仪，进而降低了限界测量成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种基于激光测距的目标限界测量系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种基于激光测距的目标限界测量方法的原理示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
图1为本实用新型实施例提供的一种基于激光测距的目标限界测量系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：至少一个线性激光器100、激光图像采集器200以及上位机300，其中，
所述线性激光器100与被测目标各个外侧面相对设置，且所述线性激光器100所发射的线性激光束从所述外侧面的一个设定点延伸到所述外侧面的另一个设定点；
所述激光图像采集器200位于，所述线性激光器100与所述线性激光器100所发射的线性激光束所形成的平面之外；
所述激光图像采集器200与所述上位机300通信连接。
在实际应用中，如图1所示，可以将线性激光器100以及激光图像采集器200固定在支架上。支架具有竖直设置的四条立柱，分别为立柱501、立柱502、立柱503和立柱504；水平设置的两条上桁架，分别为上桁架511、上桁架512；水平设置的两条下桁架，分别为下桁架521、下桁架522。
立柱501、立柱502上分别固定有线性激光器100；立柱503和立柱504上分别固定有激光图像采集器200；立柱501以及立柱503位于被测目标如，轨道车辆的左侧，且沿着轨道车辆前进的方向依次设置；立柱502以及立柱504位于轨道车辆的右侧，且沿着轨道车辆前进的方向依次设置。
立柱501上固定的线性激光器100所发射的激光光束为竖直方向上的激光光束，并从轨道车辆的顶部边缘竖直延伸到轨道车辆的底部边缘。当有一个线性激光器不能实现从轨道车辆的顶部边缘竖直延伸到轨道车辆的底部边缘时，可以采用两个线性激光器配合使用的方式进行实现。需要说明的是，激光束的延伸方向可以与竖直方向呈一定的夹角，进行倾斜方式延伸。
类似的，上桁架511与上桁架512平行设置，且上桁架511与上桁架512的设置方向为垂直于轨道车辆的前进方向。上桁架511上固定有线性激光器100；上桁架512上固定有激光图像采集器200。
类似的，下桁架521与下桁架522平行于两个上桁架设置，下桁架521上固定有线性激光器100；下桁架522上固定有激光图像采集器200。
图2为本实用新型实施例提供的一种基于激光测距的目标限界测量方法的原理示意图，如图2所示，该方法是基于本实用新型图1所示实施例实现的，在使用本实用新型实施例获取轨道车辆表面上的待测点到标定点之间的距离的过程可以包括以下步骤：
(1)、针对预先设置的标定点，在线性激光束照射到所述标定点的情况下，预先获取所述线性激光器照射到所述标定点的激光束与所述标定点反射到激光图像采集器的成像元件的激光束之间的夹角、所述标定点反射的激光在激光图像采集器的成像元件上的坐标；所述标定点反射的激光束与所述激光图像采集器的成像元件的夹角，所述标定点到所述激光图像采集器的镜头之间的距离以及所述激光图像采集器的镜头到激光图像采集器200的成像元件上与标定点对应的光斑之间的距离。
示例性的，为了方便说明，本实用新型实施例以被测目标为轨道车辆，线性激光器100发射的线性激光束沿着轨道车辆侧面从上到下竖直延伸为例进行计算过程的说明。
标定点为标定平面上的预先设定的点；获取所述线性激光器100发射的线性激光束照射到所述标定点的激光束与所述标定点反射到激光图像采集器200的成像元件的光束之间的夹角α、所述标定点反射的激光在激光图像采集器200的成像元件上的坐标；所述标定点反射的激光束与所述激光图像采集器的成像元件的夹角β，所述标定点到所述激光图像采集器200的镜头之间的距离L1以及所述激光图像采集器200的镜头到激光图像采集器200的成像元件上与标定点对应的光斑之间的距离L2。
需要强调的是，线性激光器100发射的光束从所述被测点所属目标，即轨道车辆的外侧面的一个边缘延伸到所述外侧面的另一个边缘，也就是说，线性激光器发射的光束为，以线性激光器100为起点，扇形向外发散的激光束，如果线性激光束照射在平面上，则线性激光束所通过的区域的形状为三角形。因此，所获取的所述线性激光器发射的线性激光束照射到所述标定点的激光束与所述标定点反射到激光图像采集器的成像元件的光束之间的夹角α实际上为，线性激光束中照射到标定点的激光束与标定点反射到激光图像采集器的激光束之间的夹角，也可以理解为线性激光束所通过的平面与被测目标反射的线性激光束的所形成的平面之间的夹角。所述标定点反射的激光束与所述激光图像采集器的成像元件的夹角β，可以为，被测目标反射的线性激光束的所形成的平面，与激光图像采集器200的成像平面之间的夹角。
在实际应用中，线性激光器照射到轨道车辆侧面时，可以是线性激光束所通过的平面垂直于轨道车辆侧面照射，这种方式可以被称为直射式；这种照射方式下，线性激光器产生的线性激光可以是垂直于水平面上下延伸的，如本实用新型实施例上述所示；线性激光器产生的线性激光束可以在轨道车辆侧面为倾斜延伸时，其计算原理与本实用新型实施例的计算原理相同；另外，当线性激光束位于车辆顶板或者车辆底板时，所说的倾斜延伸是指线性激光束的延伸方向与轨道车辆的前进方向呈非90度的夹角，例如，可以为30度、60度、75度、135度等。
另外，线性激光器发射的线性激光束所通过的平面可以与轨道车辆侧面的具有非90度夹角，这种方式可以被称为斜射式。
需要强调的是，斜射式中的距离的计算原理与本实用新型实施例中所述的直射式是相同的，区别仅在于角度不同以及坐标转换的过程，对其计算过程本实用新型实施例在此不再赘述。
(2)、针对所述被测目标上的各个被测点，接收被测目标的外侧面上的被测点反射的激光束，并获取被测点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上的坐标，其中，各个所述被测点位于同一直线上。
通常情况下可以将激光图像采集器的成像元件上左下角的像素点定义为坐标(1，1)，然后将成像元件上的各个像素点按照设定的方向赋予坐标，例如，标定点对应的A0像素点的坐标为(2，5)；被测点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上A1像素点的坐标可以为(2，7)，被测点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上的坐标可以为(4，7)。
可以理解的是，坐标为(2，5)在激光图像采集器的成像元件上的像素点位置可以为左起第二行像素与下起第5列像素交叉位置对应的像素点。
(3)、根据所述标定点反射的激光束在激光图像采集器200的成像元件上的坐标与被测点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上的坐标之间的差异，计算所述被测点相对于所述标定点的距离；再根据所述被测点相对于所述标定点的距离，判断所述被测点是否超出了设定限界。
具体的，该步骤可以包括：
A：获取被测点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上光斑的坐标相对于，所述标定点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上光斑的坐标的位移；
示例性的，标定点与被测点分别对应的光斑之间的位移为。
B：根据所述位移，利用公式，计算所述被测点相对于所述标定点的距离，其中，
x为所述被测点相对于所述标定点的距离，对应于图2中被测点的位移；d为所述标定点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上的坐标的位移；M＝L1·sinβ，L1为所述标定点到所述激光图像采集器的镜头之间的距离；β为所述标定点反射的激光束与所述激光图像采集器的成像元件的夹角；N＝L2·sinα，α为所述线性激光器发射的激光束与所述标定点反射的激光束之间的夹角；L2为所述激光图像采集器的镜头到激光图像采集器的成像元件上与标定点对应的光斑之间的距离；K＝sin(α+β)。
分别将预先测定的参数以及B步骤中计算的位移值代入本步骤中公式中，就可以计算得到对应的被测点与标定点之间的距离。
如果预先设定轨道车辆表面被测点与标定点之间的距离为10cm时对应轨道车辆的设定限界，在被测点与标定点之间的距离大于10cm时，则认为轨道车辆超出了限界，发出警报或者提醒。。
应用本实用新型图1所示实施例，通过线性激光器发射的照射在被测目标表面的线性激光束反射到激光图像采集器的光束在激光图像采集器的成像元件上的移动，利用三角测距原理测量被测点相对于标定点之间的距离，进而可以根据该距离判断被测目标表面上的被测点是否超出了设定限界，相对于现有技术，不需要激光测距仪，进而降低了限界测量成本。
在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，为了避免在图像采集过程中出现错误，与被测目标任意一个侧面相对设置的所述线性激光器100的数量，等于与被测目标任意一个侧面相对设置的激光图像采集器200的数量。
在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，对应所述被测目标同一侧面的所述线性激光器100所发射的线性激光束具有共同的端点。
例如，在实际应用中，被测目标同一侧面的两个线性激光器100发射内线性激光束可以在竖直方向上首尾相连，得到的拼接的激光束可以从被测目标该侧面的顶端竖直延伸至该侧面的底端。可以理解的是，拼接的激光束还可以只覆盖被测目标侧面的部分高度或者宽度。
而且，在轨道车辆左侧面、右侧面，顶面、底面上的激光束可以首尾连接围成的区域为轨道车辆的断面，例如可以是轨道车辆在竖直方向上的断面。
在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，为了方便设置，所述线性激光器在与所述被测目标前进方向垂直的平面上，环绕所述被测目标设置。
在轨道车辆左侧面、右侧面，顶面、底面上的激光束可以首尾连接围成的区域为轨道车辆的断面，例如可以是轨道车辆在竖直方向上的断面。
在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述线性激光器100所发射的线性激光束从所述外侧面的一个边缘竖直延伸，或者水平延伸到所述外侧面的另一个边缘。
例如，可以从轨道车辆的顶部边缘竖直向下延伸到轨道车辆的底部边缘。
基于本实用新型图1所示实施例，在使用本实用新型实施例获取轨道车辆表面上的待测点到标定点之间的距离的过程可以包括以下步骤：
(1)、针对预先设置的标定点，在线性激光束照射到标定点的情况下，预先获取所述标定点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上的坐标；
(2)、获取被测点相对于所述标定点的位移范围；并在所述位移范围内按照预设步长移动参考点，针对每移动一次所述参考点时，获取所述参考点相对于所述标定点之间的距离，以及在激光图像采集器的成像元件上获取所述参考点对应的光斑与述标定点对应的光斑之间的距离；
(3)、拟合绘制所述参考点相对于所述标定点之间的距离相对于，所述参考点对应的光斑与述标定点对应的光斑之间的距离的变化曲线；
在实际应用中，在获取的数据，如所述参考点相对于所述标定点之间的距离，以及在激光图像采集器的成像元件上获取所述参考点对应的光斑与述标定点对应的光斑之间的距离，数量不够多的情况下，可以对获取的数据进行插值处理，然后在对插值后的数据进行拟合，得到参考点对应的光斑与述标定点对应的光斑之间的距离的变化曲线。
(4)、获取被测点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上光斑的坐标相对于，所述标定点反射的激光束在激光图像采集器的成像元件上光斑的坐标的位移，并根据所述位移在所述变化曲线上查询与所述位移对应的参考点相对于标定点之间的距离，并将所述距离作为所述被测点与所述标定点之间的距离再根据所述被测点相对于所述标定点的距离，判断所述被测点是否超出了设定限界。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于激光测距的目标限界测量系统，其特征在于，所述系统包括：至少一个线性激光器、激光图像采集器以及上位机，其中，
所述线性激光器与被测目标各个外侧面相对设置，且所述线性激光器所发射的线性激光束从所述外侧面的一个设定点延伸到所述外侧面的另一个设定点；
所述激光图像采集器位于，所述线性激光器与所述线性激光器所发射的线性激光束所形成的平面之外；
所述激光图像采集器与所述上位机通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光测距的目标限界测量系统，其特征在于，与被测目标任意一个侧面相对设置的所述线性激光器的数量，等于与被测目标所述侧面相对设置的激光图像采集器的数量。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光测距的目标限界测量系统，其特征在于，对应所述被测目标同一侧面的所述线性激光器所发射的线性激光束具有共同的端点。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光测距的目标限界测量系统，其特征在于，所述线性激光器在与所述被测目标前进方向垂直的平面上，环绕所述被测目标设置。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光测距的目标限界测量系统，其特征在于，所述线性激光器所发射的线性激光束从所述外侧面的一个边缘竖直延伸，或者水平延伸到所述外侧面的另一个边缘。
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