CN107167160B - 一种检测全站仪支架精度影像的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全站仪支架精度影像检测装置，包括：3台CCD摄像机，平面反光镜，保持架，同心规，基座和计算机等。本测量方法基于光的反射原理，通过支架旋转，在光管CCD摄像机中反射形成四个圆形光斑，通过四个光斑圆心坐标计算出垂直度与平行度；同时，在旋转180°前后，同心规顶部的反光圆可在顶端CCD摄像机中形成两个圆形光斑，根据两光斑圆心坐标计算出中心距；通过同心规圆形端面与支架孔在光管另一侧的CCD摄像机中形成的圆环内外径计算圆心距离，计算出支架的同轴度。本发明借助影像检测手段、无需辅助工具，单人便能完成支架精度垂直度、平行度、同轴度和中心距的测量，稳定性和测量精度都达到了“μ”级，提高了效率。

Description

一种检测全站仪支架精度影像的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种检测全站仪支架精度影像的装置和方法，适用于检测全站仪支架两臂与竖轴旋转面垂直度、两臂平行度、左右横轴孔同轴度及两臂距竖轴旋转轴线中心距的加工精度。

背景技术

全站仪是一种集角度、距离（斜距、平距）、三维坐标等测量功能于一体的测绘仪器***，几乎可以用在所有的测量领域，特别是大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。支架作为全站仪的重要组件，对全站仪测量的稳定性和精确性有重大影响。随着社会的发展，全站仪测量精度的要求越来越高，这就对支架的加工精度要求也越来越高。支架的底部用于安装全站仪竖轴组，支架两臂有安装横轴的孔，要求仪器水平放置时横轴的旋转面需与支架水平旋转面垂直。

目前厂家对支架两臂与竖轴旋转面垂直度、两臂平行度、左右横轴孔同轴度及两臂距竖轴旋转轴线中心距精度的检测，每项精度指标需不同工具依次检测，存在工序繁琐，手段复杂，效率低，成本高，产能低，测量结果的准确性、重复性差等弊端。检测工作对工人视力要求高，长时间的工作对工人的身心造成伤害。由于当下对全站仪产能和精度的要求越来越高，现有检测方法已经不能满足需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测全站仪支架精度影像的装置和方法，以提高支架精度检测的效率和准确性，降低工人工作强度，提高工人积极性。

本发明揭示了一种检测全站仪支架精度影像的装置，包含有：顶端CCD摄像机1、第一平面反光镜3、第一保持架4、第二保持架5、第二平面反光镜6、支架7、侧边CCD摄像机8、底座10，基座11，同心规12，光管CCD摄像机15，光管16，计算机17；光管16内具有位于光管16后端的直角棱镜16a、位于光管16前端的透镜16c、位于直角棱镜16a与透镜16c之间的光纤16b，光管16水平放置，直角棱镜16a的斜边与水平方向成45°，光纤16b竖直放置；同心规12配合安装于支架7上的孔中，第一平面反光镜3与第二平面反光镜6分别吸附于支架两臂的外侧，第一平面反光镜3与同心规12端面胶合，第一保持架4和第二保持架5分别吸附于支架两臂的内侧；光管CCD摄像机15安装于光管16远离支架7的一端，光管16与侧边CCD摄像机8分别位于支架7的两侧；顶端CCD摄像机1位于支架7正上方；顶端CCD摄像机1、侧边CCD摄像机8、光管CCD摄像机15三者的输出与计算机17相连接；计算机通过软件将三个CCD摄像机中得到的图像进行分析处理后得出相应的测量值。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述透镜16c为凸透镜。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述支撑架2和第一连接杆18将顶端CCD摄像机1固定于底座10；短支撑架9和第二连接杆19将侧边CCD摄像机8固定于底座；支撑柱13和螺钉螺母组件14将光管固定于底座10；基座11具有脚螺旋，通过调节脚螺旋能调节基座11水平角度。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述光纤16b、光管CCD摄像机15位于透镜16c的焦点上。光纤16b发出的光经棱镜16a反射后进入透镜16c，透镜16c使光变成平行光。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述光管16的轴线、透镜16c的轴线、光管CCD摄像机15的轴线、侧边CCD摄像机8的轴线、第一保持架4的轴线、第二保持架5的轴线是重合的。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述顶端CCD摄像机1的接收光的部件的轴线是与支架7的轴线重合的。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述同心规12的一个端面与第一平面反光镜3胶合，并与支架7横轴定位孔配合；同心规12的另一个端面伸入支架7横轴另一孔中，使端面外径与支架7横轴另一孔的内径形成圆环状。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述位于顶端CCD摄像机1正下方的区域有反光圆。

本发明还提供了一种使用检测全站仪支架精度影像的装置检测精度的方法，包含以下步骤：

步骤一、将支架7装于基座11中，同时支架7能沿其旋转轴线自由转动；

步骤二、将第一平面反光镜3、第一保持架4、第二保持架5、第二平面反光镜6，同心规12装于支架7的两臂，装夹时第一平面反光镜3和第二平面反光镜6的定位面需与支架7的端面完全贴合，同心规12装于支架7的两孔中；

步骤三、打开计算机17及光管CCD摄像机15，使光纤16b发出的光经过第一平面反光镜3、第二平面反光镜6反射后能在光管CCD摄像机15中心区域呈清晰像，旋转支架7180°，在光管CCD摄像机15中心区域再次呈两个清晰像，前后共得到四个光斑，计算机17读取四个光斑圆心坐标依次为（X1，Y1），（X2，Y2），（X3，Y3），（X4，Y4），并以max[|X1-X2|，|Y1-Y2|，|X3-X4|，|Y3-Y4|]作为平行度值，以max[|X1-X3|/2，|Y1-Y3|/2，|X2-X4|/2，|Y2-Y4|/2]作为垂直度值；

光照到第一平面反光镜3时部分光反射回去形成第一光斑，部分头透过第一平面反光镜3，到达第二平面反光镜6反射回去形成第二光斑，转180度后，得第三及第四光班；

步骤四、关闭光管CCD摄像机15，打开顶端CCD摄像机1，通过旋转支架7 180°，采集同心规12上的反光圆前后两次在顶端CCD摄像机1上的像坐标为（X5，Y5），（X6，Y6），计算机17通过测量计算出支架7的中心距；

步骤五、关闭顶端CCD摄像机1，打开侧边CCD摄像机8，同心规圆形端面与支架竖轴孔将在侧边CCD摄像机8中形成圆环状光斑，通过圆环内外圆圆心距离，计算出支架7的同轴度。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置检测精度的方法，其特征在于打开、关闭CCD摄像机的过程由计算机17上的控制软件完成，无需复杂手动操作。

上述所述的一种使用检测全站仪支架精度影像的装置检测精度的方法，其特征在于顶端CCD摄像机1和侧边CCD摄像机8都带有环形灯，能为反射成像提供原始光源。

上述所述的一种使用检测全站仪支架精度影像的装置检测精度的方法，其特征在于环形灯与顶端CCD摄像机1和侧边CCD摄像机8不直接或间接接触。

与厂家现有的借助多种工具手工、目视检测法相比，本发明借助影像检测手段、无需辅助工具，单人便能完成支架精度垂直度、平行度、同轴度和中心距的测量，稳定性和测量精度都达到了“μ”级，效率较现有方法提高了3倍多，很大程度提升了工人工作积极性。同时对全站仪自身测量精度的提升，对整个全站仪测量领域都有很大影响。

附图说明

图1为本发明检测装置的正视图。

图2为本发明检测装置的俯视图。

图3为图1中A框的放大图。

图4为图1中B框的放大图。

图5为本发明中检测装置检测过程框图。

图6为本发明中平行光管的光路原理示意图。

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，下面结合附图对于附图标记作详细说明，附图中附图标记对应的部件名称如下：

1—顶端CCD摄像机，2—支撑架，3—第一平面反光镜，4—第一保持架，5—第二保持架，6—第二平面反光镜，7—支架，8—侧边CCD摄像机，9—短支撑架，10—底座，11—基座，12—同心规，13—支撑柱，14—螺母螺钉组件，15—光管CCD摄像机，16—光管，16a—直角棱镜，16b—光纤，16c—透镜，17—计算机，18—第一连接杆，19—第二连接杆。

请见图1至图4、图6，一种检测全站仪支架精度影像的装置，包含有：顶端CCD摄像机1、第一平面反光镜3、第一保持架4、第二保持架5、第二平面反光镜6、支架7、侧边CCD摄像机8、底座10，基座11，同心规12，光管CCD摄像机15，光管16，计算机17；光管16内具有位于光管16后端的直角棱镜16a、位于光管16前端的透镜16c、位于直角棱镜16a与透镜16c之间的光纤16b，光管16水平放置，直角棱镜16a的斜边与水平方向成45°，光纤16b竖直放置；同心规12配合安装于支架7上的孔中，第一平面反光镜3与第二平面反光镜6分别吸附于支架两臂的外侧，第一平面反光镜3与同心规12端面胶合，第一保持架4和第二保持架5分别吸附于支架两臂的内侧；光管CCD摄像机15安装于光管16远离支架7的一端，光管16与侧边CCD摄像机8分别位于支架7的两侧；顶端CCD摄像机1位于支架7正上方；顶端CCD摄像机1、侧边CCD摄像机8、光管CCD摄像机15三者的输出与计算机17相连接；计算机通过软件将三个CCD摄像机中得到的图像进行分析处理后得出相应的测量值。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述透镜16c为凸透镜。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述支撑架2和第一连接杆18将顶端CCD摄像机1固定于底座10；短支撑架9和第二连接杆19将侧边CCD摄像机8固定于底座；支撑柱13和螺钉螺母组件14将光管固定于底座10；基座11具有脚螺旋，通过调节脚螺旋能调节基座11水平角度。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述光纤16b、光管CCD摄像机15位于透镜16c的焦点上。光纤16b发出的光经棱镜16a反射后进入透镜16c，透镜16c使光变成平行光。

请见图6，虚线为光路，光管CCD摄像机的接收头或接收屏与光纤头位于透镜16c的焦点处，直角棱镜的斜边镀了膜，这层镀膜有半透过半反射的作用，即光既可以在这个斜面上反射也可以透射过去，图中透镜右边的光及出去的光都是平行光；图中对于透镱的焦距f0也作了标注。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述光管16的轴线、透镜16c的轴线、光管CCD摄像机15的轴线、侧边CCD摄像机8的轴线、第一保持架4的轴线、第二保持架5的轴线是重合的。当然，作为较易实施的技术方案，只要保证转一圈的过程中，反射回去的像都能呈现在光管CCD摄像机中即可。

上述所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述顶端CCD摄像机1的接收光的部件的轴线是与支架7的轴线重合的。当然，作为较易实施的技术方案，只要保证转一圈的过程中，反射回去的像都能呈现在顶端CCD摄像机中即可。

图5展示了本发明的原理，结合图1至图4及图6，本发明提供了一种使用检测全站仪支架精度影像的装置检测精度的方法，其采用了上述所述的检测全站仪支架精度影像的装置；所述检测方法包含以下步骤：

步骤一、将支架7装于基座11中，同时支架7能沿其旋转轴线自由转动；

步骤二、将第一平面反光镜3、第一保持架4、第二保持架5、第二平面反光镜6，同心规12装于支架7的两臂，装夹时第一平面反光镜3和第二平面反光镜6的定位面需与支架7的端面完全贴合，同心规12装于支架7的两孔中；

步骤三、打开计算机17及光管CCD摄像机15，使光纤16b发出的光经过第一平面反光镜3、第二平面反光镜6反射后能在光管CCD摄像机15中心区域呈清晰像，旋转支架7180°，在光管CCD摄像机15中心区域再次呈两个清晰像，前后共得到四个光斑，计算机17读取四个光斑圆心坐标依次为（X1，Y1），（X2，Y2），（X3，Y3），（X4，Y4），并以max[|X1-X2|，|Y1-Y2|，|X3-X4|，|Y3-Y4|]作为平行度值，以max[|X1-X3|/2，|Y1-Y3|/2，|X2-X4|/2，|Y2-Y4|/2]作为垂直度值；

光照到第一平面反光镜3时部分光反射回去形成第一光斑，部分头透过第一平面反光镜3，到达第二平面反光镜6反射回去形成第二光斑，转180度后，得第三及第四光班；

步骤四、关闭光管CCD摄像机15，打开顶端CCD摄像机1，通过旋转支架7 180°，采集同心规12上的反光圆前后两次在顶端CCD摄像机1上的像坐标为（X5，Y5），（X6，Y6），计算机17通过测量计算出支架7的中心距；

步骤五、关闭顶端CCD摄像机1，打开侧边CCD摄像机8，同心规圆形端面与支架竖轴孔将在侧边CCD摄像机8中形成圆环状光斑，通过圆环内外圆圆心距离，计算出支架7的同轴度。

实施过程中打开、关闭CCD摄像机的过程由计算机17上的控制软件完成，无需复杂手动操作。

以上所述的一种使用检测全站仪支架精度影像的装置检测精度的方法，其特征在于顶端CCD摄像机1和侧边CCD摄像机8都带有环形灯，能为反射成像提供原始光源。

以上所述的一种使用检测全站仪支架精度影像的装置检测精度的方法，其特征在于环形灯与顶端CCD摄像机1和侧边CCD摄像机8不直接或间接接触。

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)

1.一种检测全站仪支架精度影像的装置，包含有：顶端CCD摄像机（1）、第一平面反光镜（3）、第一保持架（4）、第二保持架（5）、第二平面反光镜（6）、支架（7）、侧边CCD摄像机（8）、底座（10），基座（11），同心规（12），光管CCD摄像机（15），光管（16），计算机（17）；光管（16）内具有位于光管（16）后端的直角棱镜（16a）、位于光管（16）前端的透镜（16c）、位于直角棱镜（16a）与透镜（16c）之间的光纤（16b），光管（16）水平放置，直角棱镜（16a）的斜边与水平方向成45°，光纤（16b）竖直放置；同心规（12）配合安装于支架（7）上的孔中，第一平面反光镜（3）与第二平面反光镜（6）分别吸附于支架两臂的外侧，第一平面反光镜（3）与同心规（12）端面胶合，第一保持架（4）和第二保持架（5）分别吸附于支架两臂的内侧；光管CCD摄像机（15）安装于光管（16）远离支架（7）的一端，光管（16）与侧边CCD摄像机（8）分别位于支架（7）的两侧；顶端CCD摄像机（1）位于支架（7）正上方；顶端CCD摄像机（1）、侧边CCD摄像机（8）、光管CCD摄像机（15）三者的输出与计算机（17）相连接；计算机通过软件将三个CCD摄像机中得到的图像进行分析处理后得出相应的测量值；所述透镜（16c）为凸透镜；支撑架（2）和第一连接杆（18）将顶端CCD摄像机（1）固定于底座（10）；短支撑架（9）和第二连接杆（19）将侧边CCD摄像机（8）固定于底座；支撑柱（13）和螺钉螺母组件（14）将光管固定于底座（10）；基座（11）具有脚螺旋，通过调节脚螺旋能调节基座（11）水平角度；所述光纤（16b）、光管CCD摄像机（15）位于透镜（16c）的焦点上；光纤（16b）发出的光经棱镜（16a）反射后进入透镜（16c），透镜（16c）使光变成平行光。

2.根据权利要求1所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述光管（16）的轴线、透镜（16c）的轴线、光管CCD摄像机（15）的轴线、侧边CCD摄像机（8）的轴线、第一保持架（4）的轴线、第二保持架（5）的轴线是重合的。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述顶端CCD摄像机（1）的接收光的部件的轴线是与支架（7）的轴线重合的。

4.根据权利要求3所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于所述同心规（12）的一个端面与第一平面反光镜（3）胶合，并与支架（7）横轴定位孔配合；同心规（12）的另一个端面伸入支架（7）横轴另一孔中，使端面外径与支架（7）横轴另一孔的内径形成圆环状。

5.根据权利要求4所述的一种检测全站仪支架精度影像的装置，其特征在于位于顶端CCD摄像机（1）正下方的区域有反光圆。

6.一种使用权利要求1至权利要求5任意一项检测全站仪支架精度影像的装置检测精度的方法，其特征在于包含以下步骤：

第一步：将支架（7）装于基座（11）中，同时支架（7）能沿其旋转轴线自由转动；

第二步：将第一平面反光镜（3）、第一保持架（4）、第二保持架（5）、第二平面反光镜（6），同心规（12）装于支架（7）的两臂，装夹时第一平面反光镜（3）和第二平面反光镜（6）的定位面需与支架（7）的端面完全贴合，同心规（12）装于支架（7）的两孔中；

第三步：打开计算机（17）及光管CCD摄像机（15），使光纤（16b）发出的光经过第一平面反光镜（3）、第二平面反光镜（6）反射后能在光管CCD摄像机（15）中心区域呈清晰像，旋转支架（7）180°，在光管CCD摄像机（15）中心区域再次呈两个清晰像，前后共得到四个光斑，计算机（17）读取四个光斑圆心坐标依次为（X1，Y1），（X2，Y2），（X3，Y3），（X4，Y4），并以max[|X1-X2|，|Y1-Y2|，|X3-X4|，|Y3-Y4|]作为平行度值，以max[|X1-X3|/2，|Y1-Y3|/2，|X2-X4|/2，|Y2-Y4|/2]作为垂直度值；

第四步：关闭光管CCD摄像机（15），打开顶端CCD摄像机（1），通过旋转支架（7）180°，采集同心规（12）上的反光圆前后两次在顶端CCD摄像机（1）上的像坐标为（X5，Y5），（X6，Y6），计算机（17）通过测量计算出支架（7）的中心距；

第五步：关闭顶端CCD摄像机（1），打开侧边CCD摄像机（8），同心规圆形端面与支架竖轴孔将在侧边CCD摄像机（8）中形成圆环状光斑，通过圆环内外圆圆心距离，计算出支架（7）的同轴度；

其中，顶端CCD摄像机（1）和侧边CCD摄像机（8）都带有能为反射成像提供原始光源的环形灯，且环形灯与顶端CCD摄像机（1）和侧边CCD摄像机（8）不直接或间接接触；关闭三个CCD摄像机的过程由计算机（17）上的控制软件完成，无需复杂手动操作。

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