CN212254080U - 一种室内地面倾斜度三维测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种室内地面倾斜度三维测量装置，涉及测量技术领域，包括激光发射组件，用于发射激光基准面；定位组件，用于在定位点与激光基准面相交从而形成激光图像；图像获取组件，用于获取激光图像并处理成图像数据发送至数据处理组件；位移测量组件，用于测量多个测量点的距离及角度，并将角度数据与距离数据发送至数据处理组件；数据处理组件，用于处理上述数据计算并生成地面三维视图；控制组件，用于自动化控制上述组件。通过图像获取组件与定位组件配合得出测量点的地面高度；通过位移测量组件测量出测量点的平面二维数据，从而形成地面三维视图，通过控制组件无线控制各个组件完成相应的工作，无需人眼观察和手工记录处理数据，操作方便。

Description

一种室内地面倾斜度三维测量装置

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，尤其涉及一种室内地面倾斜度三维测量装置。

背景技术

室内地面的三维测量是室内地面装修前的用料施工预算和装修后的质量考核的主要依据，其测量的精度和自动化水平直接影响到房屋建筑和装修的质量与效率。目前国内测量室内面积主要依靠卷尺或手持式激光测距仪，地面水平度的测量一是手工使用两米长的靠尺，每段两米测量地面的倾斜度，然后把各段加起来；二是借助于卷尺和水平激光基准面，人眼观察测量地面各点相对于水平激光的高度，然后再把各点连接起来构成地面水平度。此外，地面水平度测量的专利大多基于各种杆件，通过杆件组合和反光镜等构成接触式的地面水平度手工测量装置。现有技术提出了一种智能化公路施工水平度检测仪，其利用安装杆、导轨、水泡和反射镜实现了对于地面水平度的放大，提高了检测的精度。但是测量仍然基于导轨调整、人眼观察和手工记录处理数据，速度慢、测量点少。近年来少量专利把激光测长、图像处理和光电技术结合起来应用于土木工程的水平测量。类似的现有技术提出了一种基于激光光斑成像技术的三向位移量测方法，利用两个激光发射器向成像靶面发射光束，成像透镜将激光束聚焦成光斑图像，再用成像光电器件接收该光斑像，信号处理单元通过图形处理算法找出两个光斑的中心点相对于成像系统的坐标位置。由此测量出两个目标点的三向位移。但激光远距离对准靶面的聚焦镜存在困难，仍然大部分工作是基于手眼观察、记录，主要不足是速度慢、效率低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种室内地面倾斜度三维测量装置。

本实用新型提供如下技术方案：一种室内地面倾斜度三维测量装置，激光发射组件，用于发射激光基准线或激光基准面，所述激光基准线或激光基准面用于与定位组件相交，以产生测量位置的激光图像；定位组件，用于在定位点与所述激光基准线或激光基准面相交从而形成所述激光图像；图像获取组件，用于获取所述激光图像，并处理成图像数据发送至数据处理组件；位移测量组件，用于测量多个所述激光图像之间的角度并生成角度数据、以及测量所述激光图像与所述位移测量组件之间的距离并生成距离数据，所述位移测量组件将所述角度数据与所述距离数据发送至数据处理组件；数据处理组件，用于接收所述图像数据、所述角度数据及所述距离数据，根据所述图像数据、所述角度数据及所述距离数据计算出多个所述激光图像的三维数据并生成地面三维视图。

进一步的，所述激光发射组件包括激光器与水平仪，所述激光器包括气体激光器、固体激光器或半导体激光器中的一种或多种，用于发射所述激光基准线或所述激光基准面；所述水平仪包括自动水平仪或手动水平仪，用于感测所述激光基准线或激光基准面的水平角度，配合所述激光器将发射的所述激光基准线或激光基准面调整至水平状态。

进一步的，所述激光器为半导体激光器，所述半导体激光器用于发射所述激光基准面；所述水平仪为自动水平仪，用于将所述激光基准面调整至水平状态。

进一步的，所述定位组件为移动靶竿，所述移动靶竿的顶部高于所述激光基准线或激光基准面，所述移动靶竿的底部连接移动组件。

进一步的，所述移动组件为万向轮或AGV小车。

进一步的，所述图像获取组件为摄像头，所述摄像头固定连接于所述定位组件上，所述摄像头的镜头对准所述定位组件与所述激光基准线或激光基准面相交的位置，以获取所述激光图像。

进一步的，所述位移测量组件包括靶位测量器和连接所述靶位测量器的角度传感器，所述靶位测量器用于测量所述激光图像与所述靶位测量器的距离，所述角度传感器用于测量各个所述激光图像之间的角度。

进一步的，所述数据处理组件包括三维数据处理程序和无线通讯模块，所述三维数据处理程序用于根据所述图像数据、所述角度数据及所述距离数据计算得出多个所述激光图像的三维数据并生成地面三维视图；所述无线通讯模块用于使所述数据处理组件与所述图像获取组件及所述位移测量组件建立无线连接。

进一步的，还包括控制组件，所述控制组件分别有线或无线连接所述数据处理组件、所述位移测量组件、所述图像获取组件、所述定位组件和所述激光发射组件。

进一步的，所述控制组件包括主控制器、连接所述主控制器的遥控器及显示器，所述遥控器用于通过所述主控制器控制所述数据处理组件、所述位移测量组件、所述图像获取组件、所述定位组件、所述激光发射组件工作；所述显示器用于显示所述地面三维视图。

本实用新型的实施例具有如下优点：通过图像获取组件获取定位组件在激光发射组件发射的激光基准面上形成的激光图像，并传输至数据处理组件处理得到激光图像的地面高度；通过位移测量组件测量出与各个激光图像的距离以及角度，将数据传输至数据处理组件处理得出各个激光图像的二维数据，从而形成三维数据，经过整理后形成地面三维视图，通过控制组件无线控制各个组件完成相应的工作，无需人眼观察和手工记录处理数据，操作方便，测量速度快、精度高。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

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示出了一种室内地面倾斜度三维测量装置的连接结构框图；

图2示出了一种室内地面倾斜度三维测量装置的激光发射组件与定位组件的工作结构示意图；

图3示出了一种室内地面倾斜度三维测量装置的图像获取组件获取激光图像的三种工作原理示意图；

图4示出了一种室内地面倾斜度三维测量装置的位移测量组件的工作结构示意图。

主要元件符号说明：

1-半导体激光器；2-移动靶竿；3-摄像头；4-松紧螺丝；5-移动组件； 6-激光图像；7-十字光标。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本实用新型提供了一种室内地面倾斜度三维测量装置，用于测量地面的倾斜程度，首先通过测量得出各个测量点的三维坐标数据，再将多个三维坐标数据整理成地面三维图像，即可直观的反映出被侧地的倾斜程度。如图1所示，该室内地面倾斜度三维测量装置包括：

激光发射组件，用于发射作为测量基础的激光基准线或激光基准面；激光基准线或激光基准面是形成测量点信息的基础。为了测量方便，本实用新型选择使用激光基准面作为测量基础。

定位组件，用于在定位点(测量点)与激光基准线或激光基准面相交从而形成激光图像6，通过形成的激光图像6来反映出该测量点的地面高低，不同的测量点，虽然形成激光图像6是一样的，但是图像获取组件获取的激光图像6、以及位移测量组件测量的激光图像6距离或角度可能不一样。

图像获取组件，用于获取激光图像6，并处理成图像数据发送至数据处理组件；图像获取组件安装在定位组件上，保持相互位置固定不变，激光发射组件发射的激光基准面是水平且高度固定不变的，当定位组件在不同的测量点时，测量点之间的地面高低可能不同，那么激光基准面照射在定位组件上的高度位置可能也不同，形成的激光图像6中的光斑高度不同，图像获取组件拍摄的激光图像6的远近距离不一样，拍摄出来的图像中的光斑的显示位置也不一样。根据光斑在激光图像中的位置不同，得出各个测量点的地面高度的变化。

位移测量组件，用于测量各个激光图像6之间的角度、及测量激光图像6与位移测量组件之间的距离，并将测量的角度数据与距离数据发送至数据处理组件。位移测量组件根据与测量点之间的距离和多个测量点之间的角度来确定测量点在水平方向上的坐标。

数据处理组件，用于接收图像获取组件发送的图像数据、及接收位移测量组件发送的角度数据与距离数据，并自动计算出各个激光图像6构成的地面三维数据。根据图像获取组件发送的图像数据可以得出测量点的相对高度测量数据，位移测量组件用于得出测量点在水平方向上的测量数据，形成所有测量点的三维数据，最后将三维数据处理形成地面三维视图即可很直观的反映出被测地的倾斜程度。

控制组件，用于连接并控制数据处理组件、位移测量组件、图像获取组件、定位组件、激光发射组件工作。同时控制组件还可以用于显示地面三维数据构成的地面三维视图。上述各个组件可以与控制组件有线或无线连接，通过控制组件来控制各个组件的工作状态，形成自动化手动控制，省去了单独操作各个组件的麻烦；为了使控制上述各个组件更方便，本实用新型选择使用无线控制的方式操作各个组件，将各个组件上均安装无线通讯模块，可以是蓝牙模块、WIFI模块等模块中的一种或多种。

在一些可行的实施例中，激光发射组件包括激光器与水平仪，激光器可以是气体激光器、固体激光器或半导体激光器中的一种或多种，用于发射激光基准面；水平仪可以是自动水平仪或手动水平仪，用于感测激光基准面的水平角度，配合激光器将发射的激光基准面调整至水平状态。激光发射组件可以通过电子倾角仪、自动水平仪或者手动水平仪中的一种或多种对激光基准面进行角度调整，使激光基准面调整成水平状态。为了加快工作效率，本实用新型选择自动水平仪，可以自动调节激光基准面至水平状态。上述激光器可以是气体激光器、固体激光器或半导体激光器中的一种或多种，还可以连接一个激光角度显示屏，用于显示当前激光基准面与水平面的夹角，电子角度传感器与激光角度显示屏配合使用，将激光器发射的激光基准面调整至水平状态。本实用新型中选择使用半导体激光器1发射激光基准面，为了保证测量的准确性，需要将激光基准面调整至水平状态，可以选择操作控制相应的调节机构(图中未示出)调节半导体激光器1的发射角度，电子角度传感器会实时测量激光基准面的水平角度，激光角度显示屏会实时显示激光基准面的水平度，直至调整至显示的角度为零，激光基准面处于水平状态。

定位组件为移动靶竿2，移动靶竿2的顶部高于激光基准面，移动靶竿 2的底部连接移动组件6。在实际测量中，需要测量多个位置，才能准确的反映出地面的变化情况，所以需要频繁的更换移动靶竿2的位置。为了使得转移移动靶竿2方便，可以通过移动靶竿2底部连接的移动组件6驱动移动靶竿2，改变测量位置。移动组件6可以是但不限于为万向轮，可以人工手动推动移动靶竿2，边推动移动靶竿2边测量，得出该路径沿途各个测量点的三维数据。

为了能将移动靶竿2上的激光图像6清晰的反映出来，将移动靶竿2 的表面涂上反光层或特定激光敏感的涂料。

如图2所示，图像获取组件为摄像头3，摄像头3固定连接于定位组件上，摄像头3的镜头对准定位组件与激光基准面相交的位置，以获取激光图像6。如图3所示，摄像头3的镜头拍摄的范围宽度为H，由于本实用新型主要是适用于室内的地面测量，一般室内的地面的倾斜度不是很大，所以激光成像的偏幅比较小，通常不会偏出摄像头3的镜头拍摄范围H以外。图3中的黑色横杠为在移动靶竿2上形成的激光图像，十字光标7为摄像头3的镜头拍摄的中心点，摄像头3将拍摄的图像传送至数据处理组件，数据处理组件自动计算出该中心点与黑色横杠的距离，根据该距离的值，可以反映出该测量点的高低程度。

如图3(a)所示，当移动靶竿2移动至地势较高的测量位置时，摄像头3相对于激光基准面的位置变高，激光基准面照射在移动靶竿2上形成的激光图像6的高度不变，但是摄像头3的十字光标7在该激光图像之上，数据处理组件的计算系统能自动设定距离的正负值，当十字光标7的中心显示在激光图像的中心之上时，数据处理组件计算出的距离为正值；当十字光标7的中心显示在激光图像的中心之下时，数据处理组件计算出的距离为负值；当十字光标7的中心与激光图像的中心完全重合时，数据处理组件计算出的距离为零。如图3(b)所示，十字光标7的中心与激光图像的中心完全重合，数据处理组件计算出的距离为零，表示该测量点的地面是基准的高度。如图3(c)所示，当移动靶竿2移动至地势较低的测量位置时，摄像头3相对于激光基准面的位置变低，十字光标7的中心显示在激光图像的中心之下时，数据处理组件计算出的距离为负值。

在移动靶竿2移动的过程中，可以自行设定摄像头3的采样频率，取样频率可以根据移动靶竿2的移动速度和测量密度来设定，目的是尽可能的将每一小块地面的倾斜度平均的测量出来。摄像头3随着移动靶竿的移动也一起移动，同时按照设定的频率拍摄照片并发送至数据处理组件处理，数据处理组件根据照片自动计算摄像头3的焦点与激光图像中心的距离，从而得出每个测量位置8的高度数据。

位移测量组件包括靶位测量器和连接靶位测量器的角度传感器，靶位测量器用于测量激光图像6与靶位测量器的距离，角度传感器用于测量各个激光图像6之间的角度。靶位测量器可以是激光测距仪，该激光测距仪固定连接角度传感器，工作时激光测距仪通过转动将一束激光投射到移动靶竿2上形成激光图像，并通过激光的相位或者脉冲测出激光测距仪至该激光图像的距离一。在激光测距仪从一个测量点转动至下一个测量点时，角度传感器同步测出此时激光测距仪转动的角度，也就是移动靶竿移动的角度；同时测出移动靶竿在新的位置与激光测距仪的距离二。当确定了距离一、距离二及转动的角度，那么两个测量点之间的位移也能确定。以此类推，可得出各个测量点与激光测距仪的距离大小、以及各个测量点与激光测距仪的直线形成的夹角。通过上述这些测量信息可确定各个测量点在平面上的位置，得出测量点在水平面上的位置信息。

如图4所示，A、B、C是测量轨迹上的三个测量点，以激光测距仪的出光口为原点O，AOB、BOC形成的三角形，通过激光测距仪可直接得出OA、OB、OC的长度，通过角度传感器可得出OA与OB的夹角，及OB 与OC的夹角，所以AB与BC的长度的可确定的，从而得出A、B、C在该水平面的位置信息。

在一些可行的实施例中，靶位测量器除了能实现上述功能外，还能充当上述的半导体激光器1的作用，用于发射激光基准线或激光基准面。相当于把位移测量组件与激光发射组件合二为一使用，这样使用、操作更为方便，也节省了成本。

数据处理组件包括三维数据处理程序、以及无线连接于图像获取组件、位移测量组件与控制组件的无线通讯模块。当数据处理组件接收到图像获取组件传递的测量点的地面高度信息数据，接收到位移测量组件传递的测量点在激光基准面的水平面位置信息数据后，三维数据处理程序将上述数据整理成三维数据并且形成地面三维视图。

控制组件包括主控制器、连接主控制器的遥控器及显示器，遥控器用于通过主控器控制数据处理组件、位移测量组件、图像获取组件、定位组件和激光发射组件工作。为了操作方便，将遥控器上设置蓝牙模块，手动操作遥控器，无线控制上述组件工作，比如控制激光发射组件是否发射激光基准面或调整激光基准面的角度，控制摄像头3的拍照频率等。显示器用于与上述数据处理组件连接，显示上述形成的地面三维视图供参考查看。

实施例2

在一些可行的实施例中，上述的移动靶竿2底部设置的移动组件6还可以是AGV小车。

当移动组件6是AGV小车时，可以通过控制组件自动化控制AGV小车的行驶，从而控制移动靶竿2的位置。为了操作方便，可以事先确定好要测量的路径，然后设定好AGV小车的移动轨迹与该路径保持一致，AGV 小车带动移动靶竿2沿着该路径移动，边移动边测量，得出该路径所有的三维数据。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

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。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，包括：

激光发射组件，用于发射激光基准线或激光基准面，所述激光基准线或激光基准面用于与定位组件相交，以产生测量位置的激光图像；

定位组件，用于在定位点与所述激光基准线或激光基准面相交从而形成所述激光图像；

图像获取组件，用于获取所述激光图像，并处理成图像数据发送至数据处理组件；

位移测量组件，用于测量多个所述激光图像之间的角度并生成角度数据、以及测量所述激光图像与所述位移测量组件之间的距离并生成距离数据，所述位移测量组件将所述角度数据与所述距离数据发送至数据处理组件；

数据处理组件，用于接收所述图像数据、所述角度数据及所述距离数据，根据所述图像数据、所述角度数据及所述距离数据计算出多个所述激光图像的三维数据并生成地面三维视图。

2.根据权利要求1所述的室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，所述激光发射组件包括激光器与水平仪，所述激光器包括气体激光器、固体激光器或半导体激光器中的一种或多种，用于发射所述激光基准线或所述激光基准面；

所述水平仪包括自动水平仪或手动水平仪，用于感测所述激光基准线或激光基准面的水平角度，配合所述激光器将发射的所述激光基准线或激光基准面调整至水平状态。

3.根据权利要求2所述的室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，所述激光器为半导体激光器，所述半导体激光器用于发射所述激光基准面；所述水平仪为自动水平仪，用于将所述激光基准面调整至水平状态。

4.根据权利要求1所述的室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，所述定位组件为移动靶竿，所述移动靶竿的顶部高于所述激光基准线或激光基准面，所述移动靶竿的底部连接移动组件。

5.根据权利要求4所述的室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，所述移动组件为万向轮或AGV小车。

6.根据权利要求1所述的室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，所述图像获取组件为摄像头，所述摄像头固定连接于所述定位组件上，所述摄像头的镜头对准所述定位组件与所述激光基准线或激光基准面相交的位置，以获取所述激光图像。

7.根据权利要求1所述的室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，所述位移测量组件包括相连接的靶位测量器和角度传感器，所述靶位测量器用于测量所述激光图像与所述靶位测量器之间的距离，所述角度传感器用于测量多个所述激光图像之间的角度。

8.根据权利要求1所述的室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，所述数据处理组件包括三维数据处理程序和无线通讯模块，所述三维数据处理程序用于根据所述图像数据、所述角度数据及所述距离数据计算得出多个所述激光图像的三维数据并生成地面三维视图；所述无线通讯模块用于使所述数据处理组件与所述图像获取组件及所述位移测量组件建立无线连接。

9.根据权利要求1所述的室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，还包括控制组件，所述控制组件分别无线或有线连接所述数据处理组件、所述位移测量组件、所述图像获取组件、所述定位组件及所述激光发射组件。

10.根据权利要求9所述的室内地面倾斜度三维测量装置，其特征在于，所述控制组件包括主控制器、连接所述主控制器的遥控器及显示器，所述遥控器用于通过所述主控制器控制所述数据处理组件、所述位移测量组件、所述图像获取组件、所述定位组件、所述激光发射组件工作；所述显示器用于显示所述地面三维视图。

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