[發明專利]多點激光測量平面空間偏角的方法及裝置

有效

• 申請號: 201710313322.5
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN106931937B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 馬群;秦文罡;孟祥眾;高明;王萍
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明屬于激光檢測技術領域，涉及一種多點激光測量平面空間偏角的方法及裝置。本發明是利用多個平行且位置關系已知的不共線激光光束在靶面形成多個光斑，激光光束垂直于待測平面，使其中兩個或多個排布在一條直線上的激光光束位于一個水平面，靶面垂直方向設置，探測激光光斑，計算激光光斑的中心坐標，計算激光光斑中心的水平和垂直距離，并與已知的激光光束水平和垂直距離進行對比，計算待測平面的空間偏角；改變靶面的空間角度，上述靶面繞垂直軸和水平軸分別旋轉一個角度，再分別計算激光光斑中心的水平和垂直距離，對比旋轉前后兩組的計算結果，得到待測平面的空間偏角方向。本發明具有自動化程度高、測量范圍大、效率高、成本低的優點。

技術領域

本發明屬于激光檢測技術領域，涉及一種多點激光測量平面空間偏角的方法及裝置。

背景技術

大型結構體,例如建筑物、橋梁、鐵軌、重型機械設備等，在建筑和施工時，其某些平面的空間角度測量十分關鍵，是關系到質量和安全等國計民生的重要課題。有些結構體平面的偏角，例如建筑物外表面的豎直偏角，可利用經緯儀在建筑物側面觀測其輪廓進行測量，但有的結構體平面正對觀測者，或側面無法觀測(例如建筑物內凹的表面)，此時無法通過側面輪廓檢測得到該平面的空間偏角。另外，利用經緯儀進行側面輪廓檢測時只能得到一個方向的偏角，不能同時得到物體待測平面水平和豎直兩個方向的偏角。對此類問題，有以下三種測量方法：

一、在結構體待測平面上固定平面鏡，將經緯儀調整水平并瞄準平面鏡，觀測經緯儀十字分劃經平面鏡反射回的像的水平和豎直偏角，即待測平面的水平和豎直偏角。但這種方法需要人工讀數，效率低下，容易出現讀數誤差，并且經緯儀觀測范圍很小，一般不超過2'，略大一點的偏角則超出測量范圍，無法檢測；

二、三維激光掃描用于空間結構的測繪，該方法為非接觸測量，對結構本體無影響，精度高，所獲取的數據為結構體表面的三維坐標數據，利用后處理軟件可構建三維模型。結合計算機編程，三維點云數據可有效地用于結構體垂直度分析，截面圖、立面圖、等值線圖繪制，以及變形監測等工作中。但該方法成本很高，所獲取的數據需要后續處理，不能直接讀數，對使用人員的專業水平要求很高。在建筑、施工和大型結構件檢測等領域無法得到實際應用；

三、對連續待測面的空間偏角檢測，例如鐵軌表面空間偏角測量，可將激光器固定于鐵軌表面上，接收靶靠緊鐵軌表面，調整激光器使其光斑對準接收靶靶面中心，沿著鐵軌表面移動接收靶，不斷測量激光器到接收靶的距離，根據激光光斑的偏移量計算鐵軌表面的空間偏角，這種方法雖然易于實現自動化，但必須測距，另外即便進行測距也無法確定空間偏角的方向。

發明內容

本發明目的是解決上述大型結構體待測平面的空間偏角(水平角和豎直角)測量中現有方法的復雜、低效和不便利性，具有自動化程度高、測量范圍大、效率高、成本低的優點。

為實現以上目的，本發明提供一種多點激光測量平面空間偏角的方法，是利用多個平行且位置關系已知的不共線激光光束在靶面形成多個光斑，上述激光光束垂直于待測平面，使其中兩個或多個排布在一條直線上的激光光束位于一個水平面；

靶面垂直方向設置，探測激光光斑，計算激光光斑的中心坐標，計算激光光斑中心的水平和垂直距離，并與已知的激光光束水平和垂直距離進行對比，計算待測平面的空間偏角；

改變靶面的空間角度，上述靶面繞垂直軸和水平軸分別旋轉一個角度，再分別計算激光光斑中心的水平和垂直距離，對比旋轉前后兩組的計算結果，得到待測平面的空間偏角方向。

上述方法的具體操作如下：

1)將多個激光器與待測平面的位置相對固定，使發出的激光光束相互平行且與待測平面垂直，多個激光器呈三角形排布，其中的一個位于三角形頂點上，其余一字排列在頂點相對的底邊設置，準確測量得到位于三角形底邊激光器光軸中心的距離和位于三角形頂點的激光器光軸中心到三角形底邊的垂直距離；

2)調整激光器，使三角形的底邊水平設置；