CN109084739B - 一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测绘及仪器仪表技术领域，尤其是涉及一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于包含有：计算机（1）、高精度摄像机（2）、光管（3）、全站仪（4）、调整装置（3a）、全站仪（4）、激光对点器（4a）、调整螺钉（4a1）、基座（4b）、支撑柱（5）、直角棱（6）、底座（7）、支撑脚（7a）。本发明还揭示了测试方法。本发明主要具有以下有益技术效果：装配精度更高、检测效率和准确性更高、工人工作强度更低、结构简单、便于实施；测量稳定性和精度大幅度提高，降低了全站仪设备系统误差和偶然误差。

Description

一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置及检测 方法

技术领域

本发明属于测绘及仪器仪表技术领域，尤其是涉及一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，适用于全站仪激光对点器的安装调节，以满足在各种工程应用场景下全站仪的精确使用要求。

背景技术

全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，几乎可以用在所有的测量领域。激光对点器是全站仪功能完整性的重要组件之一，对全站仪测量的稳定性和精确性有重大影响。现代工业、工程中对全站仪的测量精度和稳定性的要求越来越高，这其中技术革新固然重要，但是更高精度的装配要求对测量精度的提升也同样重要。

这其中就包括激光对点器的装配调节，通过激光对点器的精确装配调节，确保全站仪的轴线与激光对点器的轴线近似重合，这在测量过程中，对于全站仪的高精度安置至关重要，对于测量精度的提高也起到重要作用。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提高激光对点器在全站仪中的装配精度，确保全站仪的轴线与激光对点器的轴线的重合度达到更高要求，提高工程使用过程中全站仪的检测效率和准确性，降低工人工作强度，提高工人积极性。为解决上述问题，本发明揭示了一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置及其检测方法，它们是采用以下技术方案来实现的。

一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于包含有：计算机、高精度摄像机、光管、全站仪、调整装置、全站仪、激光对点器、调整螺钉、基座、支撑柱、直角棱、底座、支撑脚；

其中，所述支撑脚固定在底座上并用于调节底座的高度及水平状态；

所述激光对点器和基座位于全站仪上，基座位于全站仪下方且用于固定全站仪，基座包括脚螺旋和水准气泡，脚螺旋用于调节全站仪的水平角度，水准气泡用于检验全站仪是否处于水平状态；

所述激光对点器固定于全站仪的竖轴上，能随全站仪的转动而转动，安装调节激光对点器的旋转轴心与全站仪的旋转轴心近似重合，在工程中用于精确安置全站仪4的位置；

所述支撑柱位于基座和底座之间，用于支撑全站仪；

所述直角棱镜位于激光对点器的下方，用于将激光对点器的光束进行反射；

所述调整装置有两套，用于固定住光管，两套调整装置分别位于光管近两端，每套调整装置的一端固定住光管，每套调整装置的另一端固定在底座上；调整装置用于调节光管的上下高度；

所述高精度摄像机位于光管的一侧，通过高精度摄像机中的成像组件将全站仪测得的图像形成激光光斑；

所述计算机与高精度摄像机通过电连接，高精度摄像机取得的激光光斑图像传输到计算机后通过计算机中测量模块对形成的激光光斑处理并得到测量结果。

其中，所述测量模块具有能读取高精度摄像机中光斑中心的作用，同时具有依靠若干点坐标拟合椭圆并计算该椭圆长/短轴差的功能，比如苏州光电科技有限公司的“激光下对点校正软件V1.0”就具备这样的能力。

所述测量模块还可以是上海电缆研究所开发的FGM、OFM系列光纤多参数测试仪中的测量模块，所在技术领域人员可以向相应的公司购买到；上述模块能实现上述功能。

上述所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于所述支撑脚具有四组，分别位于底座下方的近四角处。

上述所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于所述的高精度摄像机和激光对点器两者之间光路程最大值为1.5米。

上述所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于所述的激光对点器的轴线与全站仪的重合或近似重合。

一种测量方法，其特征在于采用了上述所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，所述测量方法包含有以下检测步骤：

步骤一、将底座置于工装台上，依据支撑脚的上下调节，将底座调至水平状态，前后调节使高精度摄像机和激光对点器两者之间光程达到1.5米；

步骤二、将待检全站仪置于支撑脚上，锁紧基座并调整基座将全站仪调至水平状态；

步骤三、打开计算机、高精度摄像机和全站仪的电源，调整的高度，直至激光对点器能在高精度摄像机中形成清晰的激光光斑；

步骤四、利用计算机中的测量模块读取当前位置的光斑坐标，转动全站仪，再次读取光斑坐标，依次转动全站仪若干角度，读取多个激光光斑坐标，计算机中的软件依据读取的多个激光光斑坐标，拟合出一个椭圆；

步骤五、依据拟合出的椭圆，得出椭圆的半长轴A0、半短轴B0，依据半长半短轴的差，得出偏移量ΔT（ΔT=A0-B0）；

步骤六、依据不同全站仪对激光对点器的安装要求，结合安装的偏移量ΔT，对调整螺钉进行调整，直至最终的偏移量ΔT满足要求。

本发明提高了激光对点器在全站仪中的装配精度，确保了全站仪的轴线与激光对点器的轴线的重合度达到更高要求，提高了工程使用过程中全站仪的检测效率和准确性，降低了工人工作强度，提高了工人积极性。

本发明主要具有以下有益技术效果：装配精度更高、检测效率和准确性更高、工人工作强度更低、结构简单、便于实施；测量稳定性和精度大幅度提高，降低了全站仪设备系统误差和偶然误差。

附图说明

图1为本发明中检测装置整体结构示意图。

图2为图1中A框的放大图。

图3 为本发明检测原理框图。

具体实施方式

为了使本技术领域人员能更准确地理解本发明以及更好地实施本发明，下面结合附图作详细说明。

图中的附图标记对应的附图名称如下：1—计算机、2—高精度摄像机、3—光管、3a—调整装置、4—全站仪、4a—激光对点器、4a1—调整螺钉、4b—基座、5—支撑柱、6—直角棱镜、7—底座、7a—支撑脚。

请见图1和图2，一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于包含有：计算机1、高精度摄像机2、光管3、全站仪4、调整装置3a、全站仪4、激光对点器4a、调整螺钉4a1、基座4b、支撑柱5、直角棱6、底座7、支撑脚7a；

其中，所述支撑脚7a固定在底座7上并用于调节底座7的高度及水平状态；

所述激光对点器4a和基座4b位于全站仪4 上，基座4b位于全站仪4下方且用于固定全站仪4，基座4b包括脚螺旋和水准气泡，脚螺旋用于调节全站仪4的水平角度，水准气泡用于检验全站仪是否处于水平状态；

所述激光对点器4a和基座4b位于全站仪4上，基座4b位于全站仪4下方且用于固定全站仪4，基座4b包括脚螺旋和水准气泡，脚螺旋用于调节全站仪4的水平角度，水准气泡用于检验全站仪是否处于水平状态；

所述支撑柱5位于基座4b和底座7之间，用于支撑全站仪4；

所述直角棱镜6位于激光对点器4a的下方，用于将激光对点器4a的光束进行反射；

所述调整装置3a有两套，用于固定住光管3，两套调整装置3a分别位于光管3近两端，每套调整装置3a的一端固定住光管3，每套调整装置3a的另一端固定在底座7上；调整装置3a用于调节光管3的上下高度；

所述高精度摄像机2位于光管3的一侧，通过高精度摄像机2中的成像组件将全站仪4测得的图像形成激光光斑；

所述计算机1与高精度摄像机2通过电连接，高精度摄像机2取得的激光光斑图像传输到计算机1后通过计算机1中测量模块对形成的激光光斑处理并得到测量结果。

上述所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于所述支撑脚7a具有四组，分别位于底座7下方的近四角处。

上述所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于所述的高精度摄像机2和激光对点器4a两者之间光路程最大值为1.5米。

上述所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于所述的激光对点器4a的轴线与全站仪4的轴线重合或接近重合。

上述所述的激光对点器4a的旋转轴心与全站仪4的旋转轴心重合或接近重合或近似重合；接近重合或近似重合指两轴线之间的距离在0.01—0.5mm之间。

一种测量方法，其特征在于采用了上述所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，所述测量方法包含有以下检测步骤：

步骤一、将底座7置于工装台上，依据支撑脚7a的上下调节，将底座调至水平状态，前后调节使高精度摄像机2和激光对点器4a两者之间光程达到1.5米；

步骤二、将待检全站仪4置于支撑脚5上，锁紧基座4b并调整基座4b将全站仪4调至水平状态；

步骤三、打开计算机1、高精度摄像机2和全站仪4的电源，调整3a的高度，直至激光对点器4a能在高精度摄像机2中形成清晰的激光光斑；

步骤四、利用计算机1中的测量模块读取当前位置的光斑坐标x1，转动全站仪，再次读取光斑坐标x2，依次转动全站仪4若干角度，读取多个激光光斑坐标，计算机1中的软件依据读取的多个激光光斑坐标，拟合出一个椭圆；

步骤五、依据拟合出的椭圆，得出椭圆的半长轴A0、半短轴B0，依据半长半短轴的差，得出偏移量ΔT（ΔT=A0-B0）；

步骤六、依据不同全站仪4对激光对点器的安装要求，结合安装的偏移量ΔT，对调整螺钉4a1进行调整，直至最终的偏移量ΔT满足要求。

上述所述的一种测量方法中，步骤四中所述的多个激光光斑坐标，可以是激光光斑坐标x3，x4，x5等等，为保证拟合精度，坐标尽可能多的选取。

以申请人用的“中海达”品牌ZTS-121R仪器为例，将待校仪器置于基座并锁紧，打开激光对点器，计算机和高精度摄像机，点击软件读取此时激光光斑坐标（X1,Y1），转动待校仪器20度，再次读取激光光斑坐标（X2,Y2），在360度范围内，以此转动待校仪器19个位置，坐标以此为（X2,Y2）……（X20,Y20），计算机软件一句这二十个坐标拟合出一个椭圆，并得到A0、B0分别为2.5mm，2mm，得到偏移量ΔT=0.5mm（ΔT=2.5-2），超出标准0.4mm的要求，这是调节调整螺钉，再次执行以上操作，直至偏移量小于0.4mm。

本发明中，全站仪在1.5米高度时，激光对点器在地面上形成的光斑偏离全站仪轴线与地面交点小于0.4mm。

通过对本发明实施例的公开介绍，本领域的其他技术人员可根据本发明技术的工作原理发展出其他实施例，因此本发明不局限于本文所示的实施例中，而是符合本文所公开原理的最大范围。

Claims (6)

1.一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于包含有：计算机（1）、高精度摄像机（2）、光管（3）、全站仪（4）、调整装置（3a）、激光对点器（4a）、调整螺钉（4a1）、基座（4b）、支撑柱（5）、直角棱镜（6）、底座（7）、支撑脚（7a）；其中，所述支撑脚（7a）固定在底座（7）上并用于调节底座（7）的高度及水平状态；所述激光对点器（4a）和基座（4b）位于全站仪（4）上，基座（4b）位于全站仪（4）下方且用于固定全站仪（4），基座（4b）包括脚螺旋和水准气泡，脚螺旋用于调节全站仪（4）的水平角度，水准气泡用于检验全站仪是否处于水平状态；所述激光对点器（4a）固定于全站仪（4）的竖轴上，能随全站仪（4）的转动而转动，安装调节激光对点器（4a）的旋转轴心与全站仪（4）的旋转轴心重合或接近重合；所述支撑柱（5）位于基座（4b）和底座（7）之间，用于支撑全站仪（4）；所述直角棱镜（6）位于激光对点器（4a）的下方，用于将激光对点器（4a）的光束进行反射；所述调整装置（3a）有两套，用于固定住光管（3），两套调整装置（3a）分别位于光管（3）近两端，每套调整装置（3a）的一端固定住光管（3），每套调整装置（3a）的另一端固定在底座（7）上；调整装置（3a）用于调节光管（3）的上下高度；所述高精度摄像机（2）位于光管（3）的一侧，通过高精度摄像机（2）中的成像组件将全站仪（4）测得的图像形成激光光斑；所述计算机（1）与高精度摄像机（2）通过电连接，高精度摄像机（2）取得的激光光斑图像传输到计算机（1）后通过计算机（1）中测量模块对形成的激光光斑处理并得到测量结果；所述支撑脚（7a）具有四组，分别位于底座（7）下方的近四角处；所述的高精度摄像机（2）和激光对点器（4a）两者之间光路程最大值为1.5米。

2.一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于包含有：计算机（1）、高精度摄像机（2）、光管（3）、全站仪（4）、调整装置（3a）、激光对点器（4a）、调整螺钉（4a1）、基座（4b）、支撑柱（5）、直角棱镜（6）、底座（7）、支撑脚（7a）；其中，所述支撑脚（7a）固定在底座（7）上并用于调节底座（7）的高度及水平状态；所述激光对点器（4a）和基座（4b）位于全站仪（4）上，基座（4b）位于全站仪（4）下方且用于固定全站仪（4），基座（4b）包括脚螺旋和水准气泡，脚螺旋用于调节全站仪（4）的水平角度，水准气泡用于检验全站仪是否处于水平状态；所述激光对点器（4a）固定于全站仪（4）的竖轴上，能随全站仪（4）的转动而转动，安装调节激光对点器（4a）的旋转轴心与全站仪（4）的旋转轴心重合或接近重合；所述支撑柱（5）位于基座（4b）和底座（7）之间，用于支撑全站仪（4）；所述直角棱镜（6）位于激光对点器（4a）的下方，用于将激光对点器（4a）的光束进行反射；所述调整装置（3a）有两套，用于固定住光管（3），两套调整装置（3a）分别位于光管（3）近两端，每套调整装置（3a）的一端固定住光管（3），每套调整装置（3a）的另一端固定在底座（7）上；调整装置（3a）用于调节光管（3）的上下高度；所述高精度摄像机（2）位于光管（3）的一侧，通过高精度摄像机（2）中的成像组件将全站仪（4）测得的图像形成激光光斑；所述计算机（1）与高精度摄像机（2）通过电连接，高精度摄像机（2）取得的激光光斑图像传输到计算机（1）后通过计算机（1）中测量模块对形成的激光光斑处理并得到测量结果；所述的高精度摄像机（2）和激光对点器（4a）两者之间光路程最大值为1.5米；所述的激光对点器（4a）的轴线与全站仪（4）的轴线重合。

3.根据权利要求2所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于：所述支撑脚（7a）具有四组，分别位于底座（7）下方的近四角处。

4.一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，其特征在于包含有：计算机（1）、高精度摄像机（2）、光管（3）、全站仪（4）、调整装置（3a）、激光对点器（4a）、调整螺钉（4a1）、基座（4b）、支撑柱（5）、直角棱镜（6）、底座（7）、支撑脚（7a）；其中，所述支撑脚（7a）固定在底座（7）上并用于调节底座（7）的高度及水平状态；所述激光对点器（4a）和基座（4b）位于全站仪（4）上，基座（4b）位于全站仪（4）下方且用于固定全站仪（4），基座（4b）包括脚螺旋和水准气泡，脚螺旋用于调节全站仪（4）的水平角度，水准气泡用于检验全站仪是否处于水平状态；所述激光对点器（4a）固定于全站仪（4）的竖轴上，能随全站仪（4）的转动而转动，安装调节激光对点器（4a）的旋转轴心与全站仪（4）的旋转轴心重合或接近重合；所述支撑柱（5）位于基座（4b）和底座（7）之间，用于支撑全站仪（4）；所述直角棱镜（6）位于激光对点器（4a）的下方，用于将激光对点器（4a）的光束进行反射；所述调整装置（3a）有两套，用于固定住光管（3），两套调整装置（3a）分别位于光管（3）近两端，每套调整装置（3a）的一端固定住光管（3），每套调整装置（3a）的另一端固定在底座（7）上；调整装置（3a）用于调节光管（3）的上下高度；所述高精度摄像机（2）位于光管（3）的一侧，通过高精度摄像机（2）中的成像组件将全站仪（4）测得的图像形成激光光斑；所述计算机（1）与高精度摄像机（2）通过电连接，高精度摄像机（2）取得的激光光斑图像传输到计算机（1）后通过计算机（1）中测量模块对形成的激光光斑处理并得到测量结果；所述支撑脚（7a）具有四组，分别位于底座（7）下方的近四角处；所述的激光对点器（4a）的轴线与全站仪（4）的轴线重合。

5.一种测量方法，其特征在于采用了权利要求1所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，所述测量方法包含有以下检测步骤：

步骤一、将底座置于工装台上，依据支撑脚的上下调节，将底座调至水平状态，前后调节使高精度摄像机和激光对点器两者之间光程达到1.5米；

步骤二、将待检全站仪置于支撑柱（5）上，锁紧基座并调整基座将全站仪调至水平状态；

步骤三、打开计算机、高精度摄像机和全站仪的电源，调整调整装置（3a）的高度，直至激光对点器能在高精度摄像机中形成清晰的激光光斑；

步骤四、利用计算机中的测量模块读取当前位置的光斑坐标，转动全站仪，再次读取光斑坐标，依次转动全站仪若干角度，读取多个激光光斑坐标，计算机中的软件依据读取的多个激光光斑坐标，拟合出一个椭圆；

步骤五、依据拟合出的椭圆，得出椭圆的半长轴A0、半短轴B0，依据半长半短轴的差，得出偏移量ΔT，ΔT=A0-B0；

步骤六、依据不同全站仪对激光对点器的安装要求，结合安装的偏移量ΔT，对调整螺钉进行调整，直至最终的偏移量ΔT满足要求。

6.一种测量方法，其特征在于采用了权利要求2或权利要求3所述的一种基于影像系统的全站仪激光对点器精度检测装置，所述测量方法包含有以下检测步骤：

步骤一、将底座置于工装台上，依据支撑脚的上下调节，将底座调至水平状态，前后调节使高精度摄像机和激光对点器两者之间光程达到1.5米；

步骤二、将待检全站仪置于支撑柱（5）上，锁紧基座并调整基座将全站仪调至水平状态；

步骤三、打开计算机、高精度摄像机和全站仪的电源，调整调整装置（3a）的高度，直至激光对点器能在高精度摄像机中形成清晰的激光光斑；

步骤四、利用计算机中的测量模块读取当前位置的光斑坐标，转动全站仪，再次读取光斑坐标，依次转动全站仪若干角度，读取多个激光光斑坐标，计算机中的软件依据读取的多个激光光斑坐标，拟合出一个椭圆；

步骤五、依据拟合出的椭圆，得出椭圆的半长轴A0、半短轴B0，依据半长半短轴的差，得出偏移量ΔT，ΔT=A0-B0；

步骤六、依据不同全站仪对激光对点器的安装要求，结合安装的偏移量ΔT，对调整螺钉进行调整，直至最终的偏移量ΔT满足要求。