CN210426437U - 一种水下结构光测量标定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种水下结构光测量标定装置，涉及水下测距技术领域。水下结构光测量标定装置包括支架以及安装在支架上的水槽、导轨、滑台、第一结构光测量传感器和第二结构光测量传感器；滑台可移动地连接在导轨上，滑台上固定连接有第一测量件和第二测量件，第一测量件位于水槽的上方，第一结构光测量传感器与第一测量件对应，第二测量件位于水槽的内部，第二结构光测量传感器与第二测量件对应。该装置能够采集在相等空中距离下，水中距离和空中距离的对应值，以便积累数据总结出水中距离与空中距离的关系式。
Description
技术领域
本实用新型涉及水下测距技术领域，具体而言，涉及一种水下结构光测量标定装置。
背景技术
在水电水利枢纽工程中，混凝土水下建筑物长期浸泡在水下，加之结构老化和地震等地质灾害影响，水下建筑物的安全问题日益凸显。对水下建筑物的检测相比在水上检测方法少，设备精准度低，巡检作业难度大。
结构光测量原理是向被测量物体投射一定的结构光，结构光受被测物体的表面信息的调制而发生形变，利用图像传感器记录变形的结构光，并结合系统的结构参数来获取物体的位置信息。
当常规结构光在水下工作时，光线在水下成像的过程会经过水、防水外壳和空气三种折射率不同的介质而发生折射现象。常规的结构光传感器不能直接使用在水下进行测量，需要进行数据矫正和标定的工作。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种水下结构光测量标定装置，其能够采集在相等空中距离下，水中距离和空中距离的对应值，以便积累数据总结出水中距离与空中距离的关系式。
本实用新型实施例提供的技术方案：
一种水下结构光测量标定装置包括支架以及安装在所述支架上的水槽、导轨、滑台、第一结构光测量传感器和第二结构光测量传感器；
所述滑台可移动地连接在所述导轨上，所述滑台上固定连接有第一测量件和第二测量件，所述第一测量件位于所述水槽的上方，所述第一结构光测量传感器与所述第一测量件对应，所述第二测量件位于所述水槽的内部，所述第二结构光测量传感器与所述第二测量件对应，所述第一结构光测量传感器与所述第一测量件之间的空中距离等于所述第二结构光测量传感器与所述第二测量件之间的空中距离，并且所述第一结构光测量传感器与水槽的表面之间的空中距离等于所述第二结构光测量传感器与所述水槽的表面之间的空中距离，所述水槽的表面与所述第一测量件之间的空中距离等于所述水槽的表面与所述第二测量件之间的空中距离。
进一步地，所述水下结构光测量标定装置还包括电机，所述导轨为丝杆，所述导轨固定连接在所述电机的输出轴上，所述滑台具有螺纹孔，所述螺纹孔与所述导轨配合。
进一步地，所述水下结构光测量标定装置还包括第一限位开关，所述第一限位开关位于在所述导轨的一端，所述第一限位开关用于在所述滑台移动到对应位置时控制所述电机停止。
进一步地，所述水下结构光测量标定装置还包括第二限位开关，所述第二限位开关分别位于所述导轨的另一端，所述第二限位开关用于在所述滑台移动到对应位置时控制所述电机停止。
进一步地，所述水下结构光测量标定装置还包括采集计算机和步进驱动器，所述步进驱动器电连接于所述电机、所述第一限位开关和所述第二限位开关，所述步进驱动器用于驱动所述电机，所述采集计算机电连接于所述第一结构光测量传感器和所述第二结构光测量传感器，所述采集计算机用于采集所述第一结构光测量传感器和所述第二结构光测量传感器采集的距离数据。
本实用新型实施例提供的水下结构光测量标定装置的有益效果是：
该装置能够采集多组水中距离和空中距离，以便积累数据总结出水中距离与空中距离的关系式。根据水中距离与空中距离的关系式，再采集到结构光测量传感器与目标物之间的水中距离，即可得出结构光测量传感器与目标物之间的空中距离。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本实用新型实施例提供的水下结构光测量标定装置的结构示意图。
图2为本实用新型实施例提供的水下结构光测量标定装置的部分组成框图。
图3为本实用新型实施例提供的水下结构光测量标定装置的初始化流程图。
图4为本实用新型实施例提供的水下结构光测量标定方法的流程图。
图5为本实用新型实施例提供的水下结构光测距方法的流程图。
图标：1-水下结构光测量标定装置；2-支架；3-水槽；4-电机；5-导轨；6-滑台；7-第一结构光测量传感器；8-第二结构光测量传感器；9-第一限位开关；10-第二限位开关；11-采集计算机；12-步进驱动器；13-第一测量件；14-第二测量件。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，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，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
请参阅图1，本实施例提供了一种水下结构光测量标定装置1，水下结构光测量标定装置1能够采集在相等空中距离下，水中距离和空中距离的对应值，以便积累数据总结出水中距离与空中距离的关系式。
水下结构光测量标定装置1包括支架2、水槽3、电机4、导轨5、滑台6、第一结构光测量传感器7、第二结构光测量传感器8、第一限位开关9和第二限位开关10。
电机4安装在支架2上，导轨5为丝杆，导轨5固定连接在电机4的输出轴上，滑台6具有螺纹孔，螺纹孔与导轨5配合。电机4带动导轨5旋转，滑台6则可沿着导轨5的长度方向移动。滑台6上固定连接有第一测量件13和第二测量件14，第一测量件13在第二测量件14的上方，第一测量件13和第二测量件14为相同的标准件，具有相同的尺寸大小，二者除了高度位置不同，其他特征几乎完全相同。
水槽3安装在支架2上、且位于导轨5的下方。第一测量件13安装在支架2上、且位于水槽3的上方，第一结构光测量传感器7与第一测量件13对应，即第一结构光测量传感器7与第一测量件13等高设置，第一结构光测量传感器7用于发出结构光测量到第一测量件13的距离。因为第一测量件13位于水槽3的上方，所以第一结构光测量传感器7测出的距离即为空中距离。空中距离也就是结构光测量传感器在空中测出的距离，也就是距离测量件的实际空间距离。
第二测量件14安装在支架2上、且位于水槽3的内部，第二结构光测量传感器8与第二测量件14对应，即第二结构光测量传感器8与第二测量件14等高设置，第二结构光测量传感器8用于发出结构光测量到第二测量件14的距离。因为第一测量件13位于水槽3的下方，所以第二结构光测量传感器8测出的距离即为水中距离。水中距离也就是结构光测量传感器在水中测出的距离，结构光在水中会发生折射，结构光在水中测得的距离不等于实际的空间距离。
第一结构光测量传感器7与第一测量件13之间的空中距离等于第二结构光测量传感器8与第二测量件14之间的空中距离，并且第一结构光测量传感器7与水槽3的表面之间的空中距离等于第二结构光测量传感器8与水槽3的表面之间的空中距离，水槽3的表面与第一测量件13之间的空中距离等于水槽3的表面与第二测量件14之间的空中距离。
第一限位开关9与第二限位开关10分别位于导轨5的两端。当滑台6移动到第一限位开关9的位置时，第一限位开关9控制电机4停止工作。当滑台6移动到第二限位开关10的位置时，第二限位开关10控制电机4停止工作。
请参阅图2，水下结构光测量标定装置1还包括采集计算机11和步进驱动器12，步进驱动器12电连接于电机4、第一限位开关9和第二限位开关10，步进驱动器12用于驱动电机4，同时，步进驱动器12接收第一限位开关9和第二限位开关10的停止信号，以控制电机4停止工作。采集计算机11电连接于第一结构光测量传感器7和第二结构光测量传感器8，采集计算机11用于采集第一结构光测量传感器7和第二结构光测量传感器8采集的距离数据。
请参阅图3，水下结构光测量标定装置1的初始化流程：首先，通过采集计算机11初始化装置，步进驱动器12驱动电机4，使得滑台6移动到左极限位置即第一限位开关9对应的位置。然后，采集计算机11采集第一结构光测量传感器7的第一距离L1和第二结构光测量传感器8的第二距离H1，采集完毕后，电机4驱动滑台6移动预定距离，再判断滑台6是否达到右极限位置即第二限位开关10对应的位置，如果滑台6未达到右极限位置，则继续采集第一结构光测量传感器7和第二结构光测量传感器8的数据，如此循环，直到滑台6达到右极限位置，再进行标定计算，计算出关于第一距离L1与第二距离H1的关系式。
基于水下结构光测量标定装置1，本实施例还提供一种水下结构光测量标定方法，请参阅图4和图5，包括以下步骤：
S1：采用水下结构光测量标定装置1采集N个第一距离值和N个第二距离值。
其中，第一距离值表示第一结构光测量传感器7与第一测量件13在空气中的距离。例如N个所述第一距离值为：Vair(1)、Vair(2)、Vair(3)……Vair(N)。
第二距离值表示第二结构光测量传感器8与第二测量件14在水中的距离。例如N个所述第二距离值为：Vwater(1)、Vwater(2)、Vwater(3)……Vwater(N)。
第一距离值与第二距离值一一对应，每个所述第一距离值对应一个所述第二距离值：[Vair(1)，Vwater(1)]、[Vair(2)，Vwater(2)]、[Vair(3)，Vwater(3)]……[Vair(N)，Vwater(N)]。
S2：建立N个第一距离值与N个第二距离值的关系式，并计算出关系式中的参数值，从而确定关系式。
其中，关系式即为第一距离值与第二距离值的对应关系，具体包括以下步骤：
S21：选用所述第一距离值与所述第二距离值的所述关系式：
Vwater(i)＝K1Vair(i)+K2Vair(i) 2+K3Vair(i) 3
S22：建立N个所述第一距离值与N个所述第二距离值的所述关系式：
Vwater(1)＝K1Vair(1)+K2Vair(1) 2+K3Vair(1) 3
Vwater(2)＝K1Vair(2)+K2Vair(2) 2+K3Vair(2) 3
Vwater(3)＝K1Vair(3)+K2Vair(3) 2+K3Vair(3) 3
……
Vwater(N)＝K1Vair(N)+K2Vair(N) 2+K3Vair(N) 3
S23：计算出K1、K2、K3，从而确定所述关系式。
根据S22中的方程组，采用最小二乘法即可计算出K1、K2、K3，从而确定出关系式：Vwater＝K1Vair+K2Vair 2+K3Vair 3。
本实施例还提供一种水下结构光测距方法，水下结构光测距方法在水下结构光测量标定方法的基础上进一步还包括以下步骤：
S3：利用第三结构光测量传感器在水中测量第三结构光测量传感器与目标物之间的水中距离。
具体的，第三结构光测量传感器与第一结构光测量传感器7、第二结构光测量传感器8可以是同一类传感器。第三结构光测量传感器与目标物之间的水中距离为Vwater。第三结构光测量传感器与水槽3的表面之间的空中距离等于第二结构光测量传感器8与水槽3的表面之间的空中距离。
这里的第三结构光测量传感器也可以是安装在与本实施例中水下结构光测量标定装置功能相同的设备中，用于测出Vwater，并同时保证在其他设备中，第三结构光测量传感器与水槽3的表面之间的空中距离等于第二结构光测量传感器8与水槽3的表面之间的空中距离，而且在其他设备中，第一结构光测量传感器7相对水槽3的位置相同，第二结构光测量传感器8相对水槽3的位置相同。
S4：将水中距离替换关系式中的第二距离值，得到对应的第一距离值。
其中，得到的第一距离值即为第三结构光测量传感器与目标物之间的空中距离。也就是说，将S3中测得的Vwater代入S2中的关系式：Vwater＝K1Vair+K2Vair 2+K3Vair 3，即可得出Vair，得出的Vair即为第三结构光测量传感器与目标物之间的空中距离。
本实用新型实施例提供的水下结构光测量标定装置1、方法及水下结构光测距方法的有益效果是：
通过采集多组水中距离和空中距离，以便积累数据总结出水中距离与空中距离的关系式。根据水中距离与空中距离的关系式，再采集到结构光测量传感器与目标物之间的水中距离，即可得出结构光测量传感器与目标物之间的空中距离。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种水下结构光测量标定装置，其特征在于，所述水下结构光测量标定装置包括支架(2)以及安装在所述支架(2)上的水槽(3)、导轨(5)、滑台(6)、第一结构光测量传感器(7)和第二结构光测量传感器(8)；
所述滑台(6)可移动地连接在所述导轨(5)上，所述滑台(6)上固定连接有第一测量件(13)和第二测量件(14)，所述第一测量件(13)位于所述水槽(3)的上方，所述第一结构光测量传感器(7)与所述第一测量件(13)对应，所述第二测量件(14)位于所述水槽(3)的内部，所述第二结构光测量传感器(8)与所述第二测量件(14)对应，所述第一结构光测量传感器(7)与所述第一测量件(13)之间的空中距离等于所述第二结构光测量传感器(8)与所述第二测量件(14)之间的空中距离，并且所述第一结构光测量传感器(7)与水槽(3)的表面之间的空中距离等于所述第二结构光测量传感器(8)与所述水槽(3)的表面之间的空中距离，所述水槽(3)的表面与所述第一测量件(13)之间的空中距离等于所述水槽(3)的表面与所述第二测量件(14)之间的空中距离。
2.根据权利要求1所述的水下结构光测量标定装置，其特征在于，所述水下结构光测量标定装置还包括电机(4)，所述导轨(5)为丝杆，所述导轨(5)固定连接在所述电机(4)的输出轴上，所述滑台(6)具有螺纹孔，所述螺纹孔与所述导轨(5)配合。
3.根据权利要求2所述的水下结构光测量标定装置，其特征在于，所述水下结构光测量标定装置还包括第一限位开关(9)，所述第一限位开关(9)位于在所述导轨(5)的一端，所述第一限位开关(9)用于在所述滑台(6)移动到对应位置时控制所述电机(4)停止。
4.根据权利要求3所述的水下结构光测量标定装置，其特征在于，所述水下结构光测量标定装置还包括第二限位开关(10)，所述第二限位开关(10)分别位于所述导轨(5)的另一端，所述第二限位开关(10)用于在所述滑台(6)移动到对应位置时控制所述电机(4)停止。
5.根据权利要求4所述的水下结构光测量标定装置，其特征在于，所述水下结构光测量标定装置还包括采集计算机(11)和步进驱动器(12)，所述步进驱动器(12)电连接于所述电机(4)、所述第一限位开关(9)和所述第二限位开关(10)，所述步进驱动器(12)用于驱动所述电机(4)，所述采集计算机(11)电连接于所述第一结构光测量传感器(7)和所述第二结构光测量传感器(8)，所述采集计算机(11)用于采集所述第一结构光测量传感器(7)和所述第二结构光测量传感器(8)采集的距离数据。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201921475254.3U CN210426437U (zh) | 2019-09-05 | 2019-09-05 | 一种水下结构光测量标定装置 |
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| CN210426437U true CN210426437U (zh) | 2020-04-28 |
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| CN (1) | CN210426437U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110398204A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-01 | 嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司 | 一种水下结构光测量标定装置 |
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2019
- 2019-09-05 CN CN201921475254.3U patent/CN210426437U/zh active Active
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