多点激光测量平面空间偏角的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光检测技术领域，涉及一种多点激光测量平面空间偏角的方法及装置。本发明专利技术是利用多个平行且位置关系已知的不共线激光光束在靶面形成多个光斑，激光光束垂直于待测平面，使其中两个或多个排布在一条直线上的激光光束位于一个水平面，靶面垂直方向设置，探测激光光斑，计算激光光斑的中心坐标，计算激光光斑中心的水平和垂直距离，并与已知的激光光束水平和垂直距离进行对比，计算待测平面的空间偏角；改变靶面的空间角度，上述靶面绕垂直轴和水平轴分别旋转一个角度，再分别计算激光光斑中心的水平和垂直距离，对比旋转前后两组的计算结果，得到待测平面的空间偏角方向。本发明专利技术具有自动化程度高、测量范围大、效率高、成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
多点激光测量平面空间偏角的方法及装置
本专利技术属于激光检测
，涉及一种多点激光测量平面空间偏角的方法及装置。
技术介绍
大型结构体,例如建筑物、桥梁、铁轨、重型机械设备等，在建筑和施工时，其某些平面的空间角度测量十分关键，是关系到质量和安全等国计民生的重要课题。有些结构体平面的偏角，例如建筑物外表面的竖直偏角，可利用经纬仪在建筑物侧面观测其轮廓进行测量，但有的结构体平面正对观测者，或侧面无法观测(例如建筑物内凹的表面)，此时无法通过侧面轮廓检测得到该平面的空间偏角。另外，利用经纬仪进行侧面轮廓检测时只能得到一个方向的偏角，不能同时得到物体待测平面水平和竖直两个方向的偏角。对此类问题，有以下三种测量方法：一、在结构体待测平面上固定平面镜，将经纬仪调整水平并瞄准平面镜，观测经纬仪十字分划经平面镜反射回的像的水平和竖直偏角，即待测平面的水平和竖直偏角。但这种方法需要人工读数，效率低下，容易出现读数误差，并且经纬仪观测范围很小，一般不超过2'，略大一点的偏角则超出测量范围，无法检测；二、三维激光扫描用于空间结构的测绘，该方法为非接触测量，对结构本体无影响，精度高，所获取的数据为结构体表面的三维坐标数据，利用后处理软件可构建三维模型。结合计算机编程，三维点云数据可有效地用于结构体垂直度分析，截面图、立面图、等值线图绘制，以及变形监测等工作中。但该方法成本很高，所获取的数据需要后续处理，不能直接读数，对使用人员的专业水平要求很高。在建筑、施工和大型结构件检测等领域无法得到实际应用；三、对连续待测面的空间偏角检测，例如铁轨表面空间偏角测量，可将激光器固定于铁轨表面上，接收靶靠紧铁轨表面，调整激光器使其光斑对准接收靶靶面中心，沿着铁轨表面移动接收靶，不断测量激光器到接收靶的距离，根据激光光斑的偏移量计算铁轨表面的空间偏角，这种方法虽然易于实现自动化，但必须测距，另外即便进行测距也无法确定空间偏角的方向。
技术实现思路
本专利技术目的是解决上述大型结构体待测平面的空间偏角(水平角和竖直角)测量中现有方法的复杂、低效和不便利性，具有自动化程度高、测量范围大、效率高、成本低的优点。为实现以上目的，本专利技术提供一种多点激光测量平面空间偏角的方法，是利用多个平行且位置关系已知的不共线激光光束在靶面形成多个光斑，上述激光光束垂直于待测平面，使其中两个或多个排布在一条直线上的激光光束位于一个水平面；靶面垂直方向设置，探测激光光斑，计算激光光斑的中心坐标，计算激光光斑中心的水平和垂直距离，并与已知的激光光束水平和垂直距离进行对比，计算待测平面的空间偏角；改变靶面的空间角度，上述靶面绕垂直轴和水平轴分别旋转一个角度，再分别计算激光光斑中心的水平和垂直距离，对比旋转前后两组的计算结果，得到待测平面的空间偏角方向。上述方法的具体操作如下：1)将多个激光器与待测平面的位置相对固定，使发出的激光光束相互平行且与待测平面垂直，多个激光器呈三角形排布，其中的一个位于三角形顶点上，其余一字排列在顶点相对的底边设置，准确测量得到位于三角形底边激光器光轴中心的距离和位于三角形顶点的激光器光轴中心到三角形底边的垂直距离；2)调整激光器，使三角形的底边水平设置；3)打开激光器，在激光器一定距离处放置探测器，在靶面上形成光斑；4)调节靶面，使其相对水平面垂直设置；5)控制激光器开关使多个激光器受控亮、灭；6)根据激光光斑的中心坐标，计算位于三角形底边激光光斑中心的水平距离和位于三角形顶点的激光光斑中心到底边的竖直距离，就可以计算得出待测平面的空间偏角；7)使靶面绕水平轴旋转一个角度，再次计算位于三角形顶点的激光光斑中心到三角形底边的垂直距离，计算结束后使靶面复位，就可以计算得出待测平面的空间竖直偏角方向；8)使靶面绕垂直轴旋转一个角度，再次计算位于三角形底边激光光斑中心的水平距离，计算结束后使靶面复位，就可以计算得出待测平面的空间水平偏角方向。上述待测平面的空间偏角大小及方向的计算方法是：上述激光光束与待测平面垂直，位于三角形底边两个激光器光轴中心距离为S1，上述两个激光器形成的光斑中心的水平距离为L1，靶面绕垂直轴旋转一个角度，再次计算上述两个激光器形成的光斑中心的水平距离为l1；位于三角形顶点的激光器光轴中心到三角形底边的垂直距离为S2，位于三角形顶点的激光光斑中心到三角形底边的垂直距离为L2，靶面绕水平轴旋转一个角度，再次计算位于三角形顶点的激光光斑中心到三角形底边的垂直距离为l2；待测平面的竖直偏角计算为水平偏角为比较L2和l2的大小确定竖直偏角的方向，比较L1和l1的大小确定水平偏角的方向。一种可测量平面空间偏角的装置，包括激光器组件和探测器2，所述激光器组件包含多个激光器111～11N和安装座，N≥3，多个激光器不共线排布固定于安装座内，多个激光器发出的激光光束相互平行；所述安装座旋转设置于基准座中；所述基准座上设置有基准面，多个激光器发出的激光光束与基准面垂直；所述探测器包括靶面、光学镜头、光电传感器和处理电路，光学镜头的探测光轴垂直于靶面设置，光电传感器设置于光学镜头后侧，靶面的几何中心与光学镜头、光电传感器的光轴重合，所述光电传感器与处理电路连接。上述光电传感器为CCD或CMOS图像传感器。以下是多个激光器的三种排布方式：上述多个激光器包括呈三角形排布的第一激光器、第二激光器和第三激光器113。上述第二激光器和第三激光器的连线上还设置有第四激光器。上述多个激光器包括呈四边形排布的第一激光器、第二激光器、第三激光器和第四激光器。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1)解决了经纬仪测量平面空间偏角时的主观判断误差，采用自动测量、数字显示的方法，直观地给出待测平面空间偏角，测量效率高；2)解决了经纬仪测量范围小的缺点，可增大靶面尺寸在测量距离不变时增大测量范围；3)能够同时计算待测平面空间偏角的大小和方向；4)结构简单、成本低，数据处理简单。附图说明图1为本专利技术基准座结构示意图；图2为图1的A向视图；图3为本专利技术探测器结构示意图；图4是图3的A向视图；图5为实施例1激光器的排布方式示意图；图6为本专利技术空间偏角测量方法示意图；图7为安装基准面131紧贴待测平面时竖直角的计算示意图；图8为安装基准面131紧贴待测平面时水平角的计算示意图。图9是实施例2激光器的排布方式示意图；图10是实施例3激光器的排布方式示意图；图11是实施例3空间偏角测量方法示意图。其中：1—基准座2—探测器11—安装座12—激光控制器21—靶面22—光学镜头23—光电传感器24—处理电路25—水平调整旋钮26—竖直角度调节装置27—水平角度调节装置28—探测器底座111—第一激光器112—第二激光器113—第三激光器114—第四激光器131—基准面具体实施方式本专利技术提供一种多点激光测量平面空间偏角的方法，是利用多个平行且位置关系已知的不共线激光光束在靶面形成多个光斑，上述激光光束垂直于待测平面，使其中两个或多个排布在一条直线上的激光光束位于一个水平面；靶面垂直方向设置，探测激光光斑，计算激光光斑的中心坐标，计算激光光斑中心的水平和垂直距离，并与已知的激光光束水平和垂直距离进行对比，计算待测平面的空间偏角；改变靶面的空间角度，上述靶面绕垂直轴和水平轴分别旋转一个角度，再分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多点激光测量平面空间偏角的方法，其特征在于：是利用多个平行且位置关系已知的不共线激光光束在靶面形成多个光斑，上述激光光束垂直于待测平面，使其中两个或多个排布在一条直线上的激光光束位于一个水平面；靶面垂直方向设置，探测激光光斑，计算激光光斑的中心坐标，计算激光光斑中心的水平和垂直距离，并与已知的激光光束水平和垂直距离进行对比，计算待测平面的空间偏角；改变靶面的空间角度，上述靶面绕垂直轴和水平轴分别旋转一个角度，再分别计算激光光斑中心的水平和垂直距离，对比旋转前后两组的计算结果，得到待测平面的空间偏角方向。

【技术特征摘要】
1.一种多点激光测量平面空间偏角的方法，其特征在于：是利用多个平行且位置关系已知的不共线激光光束在靶面形成多个光斑，上述激光光束垂直于待测平面，使其中两个或多个排布在一条直线上的激光光束位于一个水平面；靶面垂直方向设置，探测激光光斑，计算激光光斑的中心坐标，计算激光光斑中心的水平和垂直距离，并与已知的激光光束水平和垂直距离进行对比，计算待测平面的空间偏角；改变靶面的空间角度，上述靶面绕垂直轴和水平轴分别旋转一个角度，再分别计算激光光斑中心的水平和垂直距离，对比旋转前后两组的计算结果，得到待测平面的空间偏角方向。2.根据权利要求1所述的一种多点激光测量平面空间偏角的方法，其特征在于：上述方法的具体操作如下：1)将多个激光器与待测平面的位置相对固定，使发出的激光光束相互平行且与待测平面垂直，多个激光器呈三角形排布，其中的一个位于三角形顶点上，其余一字排列在顶点相对的底边设置，准确测量得到位于三角形底边激光器光轴中心的距离和位于三角形顶点的激光器光轴中心到三角形底边的垂直距离；2)调整激光器，使三角形的底边水平设置；3)打开激光器，在激光器一定距离处放置探测器，在靶面上形成光斑；4)调节靶面，使其相对水平面垂直设置；5)控制激光器开关使多个激光器受控亮、灭；6)根据激光光斑的中心坐标，计算位于三角形底边激光光斑中心的水平距离和位于三角形顶点的激光光斑中心到底边的竖直距离，就可以计算得出待测平面的空间偏角；7)使靶面绕水平轴旋转一个角度，再次计算位于三角形顶点的激光光斑中心到三角形底边的垂直距离，计算结束后使靶面复位，就可以计算得出待测平面的空间竖直偏角方向；8)使靶面绕垂直轴旋转一个角度，再次计算位于三角形底边激光光斑中心的水平距离，计算结束后使靶面复位，就可以计算得出待测平面的空间水平偏角方向。3.根据权利要求2所述的一种多点激光测量平面空间偏角的方法，其特征在于：上述待测平面的空间偏角大小及方向的计算方法是：上述激光光束与待测平面垂直，位于三角形底...

【专利技术属性】
技术研发人员：马群，秦文罡，孟祥众，高明，王萍，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61