一种激光投线仪校准系统及校准方法技术方案

本发明专利技术属于精密仪器的校准装置领域，尤其是一种激光投线仪校准系统及校准方法，包括采集装置、安装平台和上位机，所述采集装置包括一个纵杆，该纵杆内由上至下顺次安装有三台工业相机，每个工业相机的采集端前端均安装有一采用透明材质制出的分划板，该分划板内制有刻度，位于相机1上方的纵杆顶端悬装有一悬垂线，该悬垂线依次经过每个工业相机的分划板前，每个工业相机可同时采集分划板和悬垂线的图像；所述安装平台设置在纵杆旁侧，该安装平台内用于放置待检的激光投线仪，所述的相机1，相机2和相机3的信号输出端和上位机相连接，该上位机内置有处理软件，所述处理软件可对于采集的图像进和数据进行处理、计算和显示。

【技术实现步骤摘要】
一种激光投线仪校准系统及校准方法
本专利技术属于精密仪器的校准装置领域，涉及激光投线仪的校准，尤其是一种激光投线仪校准系统及校准方法。
技术介绍
激光投线仪，也可以叫做激光标线仪或者激光墨线仪，其可以投射出的水平激光线和铅锤激光线，被广泛应用于各类测量项目中。为确保测量项目的效率和质量，需先保证激光投线仪的精度。随着测绘仪器国产化的发展，陆续有许多公司设计并且生产各类激光测绘仪器，在2000年之后激光投线仪也开始出现。国外的美国史丹利公司(TheStanleyWorks)、瑞士徕卡公司(LeicaGeosystems)、国内的启东中测光电仪器、南方测绘仪器公司、苏测公司等许多厂家都有生产销售。目前，生产的激光测线仪在线宽和水平(或垂直)倾斜误差上达到一定的精度，但是由于生产过程中的激光发射器和柱面镜的安装精度仍会对激光投线仪的精度产生影响，其投射的激光平面与基准面存在一定的偏差，因此，仍然需对其进行校准。目前，国内外对于激光投线仪的校准主要采用依赖于人工判定的标准坐标靶法。此方法将激光投线仪的激光面投射到墙面的标准靶上，利用靶标刻度读数，人为读取测量的数据。靶标的左右距离与上下距离大约在6m左右，投线仪与靶标工作面的距离也在5m左右。从这种传统的激光投线仪的校准方法的校准原理中，可以发现此方法虽然成本较低，但是存在以下缺点：人为读取数据存在人为误差，安装空间大，靶标安装与调节复杂，精度较低，数据无法数字化。综上所述，激光投线仪的校准方法、校验规范、校验装置等目前还不完善。校准激光投线仪需要一种更加方便、高精度的校验方法。随着图像处理技术和传感器技术的发展，我们渐渐利用图像传感器代替人为的数据读取。因此，应基于视觉检测技术和图像处理技术，研发一种新的激光投线仪的校准装置和校准方法，来实现检测数据的数字化，弥补目前标准坐标靶法人工判别不准确的缺陷，具有更高的的精度、效率和灵敏度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种精密、高效、智能的激光投线仪校准装置，并基于该校准装置衍伸出一种新的校准方法，以实现数字化及智能化设计要求的校准方法。一种激光投线仪校准系统，其特征在于：包括采集装置、安装平台和上位机，所述采集装置包括一个纵杆，该纵杆内由上至下顺次安装有三台工业相机，位于高位的设置为相机1，中位的为相机2，低位的为相机3，所述相机1，相机2和相机3均位于同一竖直位置，每个工业相机的采集端前端均安装有一采用透明材质制出的分划板，该分划板内制有刻度，位于相机1上方的纵杆顶端悬装有一悬垂线，该悬垂线依次经过每个工业相机的分划板前，每个工业相机可同时采集分划板和悬垂线的图像；所述安装平台设置在纵杆旁侧，该安装平台内用于放置待检的激光投线仪，在固定状态下，激光投线仪与相机2位于同一水平高度，所述激光投线仪的激光输出侧与相机2的采集侧相对设置，所述的相机1，相机2和相机3的信号输出端和上位机相连接，该上位机内置有处理软件，所述处理软件可对于采集的图像进行显示，处理，并对于处理后的数据进行计算。而且，所述分划板制出的刻度包括一条水平刻度和多条垂直刻度，每条垂直刻度均等间距设置。而且，所述上位机内置的处理软件包括图形用户界面，该图形用户界面采用Matlab编写，包括激光线宽计算、激光线水平线倾斜误差和激光垂直线倾斜误差，可分别对激光线宽，激光水平线倾斜误差和激光垂线倾斜误差进行校准。应用一种激光投线仪校准系统的校准方法，其特征在于：包括准备步骤，准备步骤完毕后分别对于激光线宽，激光水平线倾斜误差和激光垂线倾斜误差进行校准。进一步的，步骤1：将图像采集装置固定；步骤2：将待检的激光投线仪调平；步骤3：工业相机调整；所述步骤1如下，步骤1.1：调整图像采集装置每个工业相机的垂直高度，确保相机1和相机3的垂直距离为2.5m，相机2位于相机1和相机3中部，待每个工业相机的高度均适合后进行固定；步骤1.2：调整每个工业相机前端的分划板均处于垂直于水平面状态并进行固定；所述步骤2如下，步骤2.1：将安装平台放置于与分划板的水平距离为2.5m的位置；步骤2.2：将待检的激光投线仪固定在安装平台内，通过激光投线仪的三个支撑脚的上的螺纹旋钮使投线仪顶端的气泡位于正中央，从而调整激光投线仪水平，并静置一段时间使其自动调平并处于稳定状态；所述步骤3如下，步骤3.1：借助光源，用均匀的光线照射到分划板内，调节每个工业相机的放大倍数，使得其接受到的分划板的图像清晰；步骤3.2：记录下清晰的分划板刻度线的图像，通过霍夫变换检测刻度线，并求取距离，换算出每个像素所代表的距离；步骤1-3完成后，即可对于激光线宽，激光水平线倾斜误差和激光垂线倾斜误差分别进行校准，所述激光线宽，激光水平线倾斜误差和激光垂线倾斜误差的校准不设顺序，可顺次进行也可择一进行。进一步的，对于所述激光线宽的校准包括步骤如下，步骤A1：开启激光投线仪，使其投射出水平激光线，照射到分划板上；步骤A2：在测量重复性条件下，分别记录五次相机2的激光线图片，利用上位机内置的处理软件提取激光线的两侧边缘位置；步骤A3：计算激光线边缘位置a1和a2之间的距离为激光线宽度，采用的公式为l＝a2-a15-1式中l表示激光线宽，其中a1、a2和l的单位均为毫米。进一步的，对于所述激光水平线倾斜误差的校准包括步骤如下，步骤B1：开启激光投线仪发出水平激光线，记录相机2的激光线图片，传输图片到上位机；步骤B2：旋转激光投线仪，旋转角度为60°，再次记录相机2的激光线图片；步骤B3：利用图像处理求取两次激光线的中心位置并计算中心位置拟合直线间的距离；计算得到激光水平线倾斜误差使用到的公式为：x2-x1为激光线中心位置拟合直线间的距离，单位mm，其中ΔHx表示激光水平线倾斜误差，单位为分；步骤B4：在重复性测量条件下测量五次。进一步的，对于激光垂直线倾斜误差的校准包括步骤如下，步骤C1：固定悬垂线使标准悬垂线位于分划板的中心；步骤C2：分别记录相机1和相机3拍摄到的悬垂线图片，传输图片到上位机；步骤C3：开启激光投线仪发出垂直激光线，使其位于分划板的中心，分别记录相机1和相机3拍摄到的激光线图片；步骤C4：利用相机1拍摄到的两幅图片，分别求取出激光线的中心和悬垂线中心，并且求得二者间的距离为y1，单位mm；步骤C5：利用相机3拍摄到的两幅图片，分别求取出激光线的中心和悬垂线中心，并且求得二者间的距离为y2，单位mm；步骤C6：计算激光垂直线倾斜误差利用的公式为：其中ΔHy表示激光垂直线倾斜误差，单位为分；步骤C7：在重复性测量条件下测量五次。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术中，采用采集装置、安装平台和上位机形成一套针对激光投线仪进行校准的完整系统，其中安装平台用于固定待检的激光投线仪，并在一定范围内调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光投线仪校准系统，其特征在于：包括采集装置、安装平台和上位机，所述采集装置包括一个纵杆，该纵杆内由上至下顺次安装有三台工业相机，位于高位的设置为相机1，中位的为相机2，低位的为相机3，所述相机1，相机2和相机3均位于同一竖直位置，每个工业相机的采集端前端均安装有一采用透明材质制出的分划板，该分划板内制有刻度，位于相机1上方的纵杆顶端悬装有一悬垂线，该悬垂线依次经过每个工业相机的分划板前，每个工业相机可同时采集分划板和悬垂线的图像；所述安装平台设置在纵杆旁侧，该安装平台内用于放置待检的激光投线仪，在固定状态下，激光投线仪与相机2位于同一水平高度，所述激光投线仪的激光输出侧与相机2的采集侧相对设置，所述的相机1，相机2和相机3的信号输出端和上位机相连接，该上位机内置有处理软件，所述处理软件可对于采集的图像进行显示，处理，并对于处理后的数据进行计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光投线仪校准系统，其特征在于：包括采集装置、安装平台和上位机，所述采集装置包括一个纵杆，该纵杆内由上至下顺次安装有三台工业相机，位于高位的设置为相机1，中位的为相机2，低位的为相机3，所述相机1，相机2和相机3均位于同一竖直位置，每个工业相机的采集端前端均安装有一采用透明材质制出的分划板，该分划板内制有刻度，位于相机1上方的纵杆顶端悬装有一悬垂线，该悬垂线依次经过每个工业相机的分划板前，每个工业相机可同时采集分划板和悬垂线的图像；所述安装平台设置在纵杆旁侧，该安装平台内用于放置待检的激光投线仪，在固定状态下，激光投线仪与相机2位于同一水平高度，所述激光投线仪的激光输出侧与相机2的采集侧相对设置，所述的相机1，相机2和相机3的信号输出端和上位机相连接，该上位机内置有处理软件，所述处理软件可对于采集的图像进行显示，处理，并对于处理后的数据进行计算。


2.根据权利要求1所述的一种激光投线仪校准系统，其特征在于：所述分划板制出的刻度包括一条水平刻度和多条垂直刻度，每条垂直刻度均等间距设置。


3.根据权利要求1所述的一种激光投线仪校准系统，其特征在于：所述上位机内置的处理软件包括图形用户界面，该图形用户界面采用Matlab编写，包括激光线宽计算、激光线水平线倾斜误差和激光垂直线倾斜误差，可分别对激光线宽，激光水平线倾斜误差和激光垂线倾斜误差进行校准。


4.应用根据权利要求1-3中任一所述的一种激光投线仪校准系统的校准方法，其特征在于：包括准备步骤，准备步骤完毕后分别对于激光线宽，激光水平线倾斜误差和激光垂线倾斜误差进行校准。


5.根据权利要求4所述的应用一种激光投线仪校准系统的校准方法，其特征在于：所述准备步骤包括：步骤1：将图像采集装置固定；步骤2：将待检的激光投线仪调平；步骤3：工业相机调整；
所述步骤1如下，
步骤1.1：调整图像采集装置每个工业相机的垂直高度，确保相机1和相机3的垂直距离为2.5m，相机2位于相机1和相机3中部，待每个工业相机的高度均适合后进行固定；
步骤1.2：调整每个工业相机前端的分划板均处于垂直于水平面状态并进行固定；
所述步骤2如下，
步骤2.1：将安装平台放置于与分划板的水平距离为2.5m的位置；
步骤2.2：将待检的激光投线仪固定在安装平台内，通过激光投线仪的三个支撑脚的上的螺纹旋钮使投线仪顶端的气泡位于正中央，从而调整激光投线仪水平，并静置一段时间使其自动调平并处于稳定状态；
所述步骤3如下，
步骤3.1：借助光源，用均匀的光线照射到分划板内，调节每个工业相机的放大倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红光，
申请(专利权)人：天津市计量监督检测科学研究院，
类型：发明
国别省市：天津;12