CN112212845A - 一种垂线二维坐标测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种垂线二维坐标测量仪，包括两组结构相同的光学装置，每组光学装置包括一个平行光束的光源、CCD相机和两个直角棱镜，光源发出平行光束，以倾斜角度由直角棱镜的斜边入射，在其长直角边出射，形成展宽的平行光束，扩展后的出射光束垂直照射在另一直角棱镜的直角边上，并由该直角棱镜的斜边压缩光束宽度后形成较窄的平行光束照射至CCD相机，两组光学装置扩展后平行光束交叉设置形成测量区域，光源射出平行光束经过扩展后能够形成较大的测量区域，同时扩展后的光束经过另一直角棱镜压缩后形成较窄的光束，使其适用于较小CCD相机，在不增加电路和结构的情况下，降低垂线测量仪的结构和尺寸，同时增大了测量区域。
Description
技术领域
本发明涉及测量设备技术领域，具体为一种垂线二维坐标测量仪。
背景技术
现有垂线坐标仪有两种结构：成像结构和平行光投影结构。成像结构即双立体摄影测量结构，成像结构采用漫射背景光照明，两套结构相同的线阵CCD相机，以像对方式，解算XY坐标，特点是可以使用尺寸较小的镜头和CCD达到较大的测量范围，代表产品是法国电力公司输电局(DRT)格勒诺布技术改进处(DTG)生产的仪器的结构类型。
参见图1，平行光投影结构由两套正交的光源和光线接收装置组成，点光源经过准直透镜形成平行光场，该光场做为测量区域，垂线垂直通过光场，遮挡光线形成阴影，一般用线阵CCD图像传感器作为传感元件，通过测量阴影位置，得到垂线的位移值；平行光投影结构常用线阵CCD感光线阵长度多为20-30mm，像元数在300-5000，若以像元尺寸为灵敏度标准，常用CCD可满足垂线仪100mm以上的测量范围，但是在接收端要使用光束压缩***，这导致光程大大加长，若不使用光束压缩***，则要使用多CCD元件，在长度方向进行拼接，这导致电路和结构复杂化。
成像结构的仪器厚度受准直物镜口径限制，一般大于物镜口径，实际上线阵CCD的感光像素大小为5×200微米，所以对光场的厚度基本无要求，考虑到调试的需求，10mm厚度足矣。但是由于水平方向的测量范围一般50-100mm，所以准直镜口径相应也为60-120mm，导致仪器总厚度不低于此值。若要压缩仪器厚度，需要将准直镜裁掉上下大部圆弓，这导致加工费用增加。
发明内容
针对现有垂线坐标仪结构复杂以及制造成本较大的问题，本发明提供一种垂线二维坐标测量仪，简化了垂线测量仪的结构，减少了测量仪的尺寸。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种垂线二维坐标测量仪，包括两组光学装置，每组光学装置包括CCD相机和用于发射平行光束的光源；
所述光源的照射路径上设置有第一直角棱镜，并且平行光束自第一直角棱镜的斜边射入自直边射出，第一直角棱镜的出射光路上设置有第二直角棱镜，第一直角棱镜的出射光束自第二直角棱镜直边射入并从斜边射出，第二直角棱镜的出射光束照射在CCD相机的相面上；
两组光学装置的第一直角棱镜和第二直角棱镜之间的光束交叉设置，并且两光束交叉组成的重合区域形成垂线测量区域。
优选的，所述平行光束与第一直角棱镜斜边的夹角为钝角，平行光束倾斜照射在第一直角棱镜的斜边上，用于对平行光束的宽度进行扩展。
优选的，所述平行光束照射在第一直角棱镜斜边形成光影区域的宽度为斜边的最大宽度。
优选的，所述第二直角棱镜的出射光束与第二直角棱镜斜边的夹角为锐角，第二直角棱镜斜边的出射光束倾斜照射在CCD相机的相面上，用于压缩出射光束的宽度。
优选的，所述第二直角棱镜斜边的出射光束宽度等于CCD相机的像面长度。
优选的，所述两组光学装置的CCD相机和光源呈矩形分布，并且同组的CCD相机和光源对角设置。
优选的，所述两组光学装置的第一直角棱镜和第二直角棱镜之间的光束正交设置。
优选的，所述光源包括LED光源和准直镜，准直镜设置在LED光源的光路上，准直镜的出射光束照射在第一直角棱镜的斜边上。
优选的，所述准直镜和LED光源的光路上设置第三直角棱镜，LED光源的光束照射在第三直角棱镜的直边上，自第三直角棱镜的另一直边射出，并射入准直镜。
优选的，所述LED光源位于两个第三直角棱镜之间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种垂线二维坐标测量仪，包括两组结构相同的光学装置，每组光学装置包括一个平行光束的光源、CCD相机和两个直角棱镜，光源发出平行光束，以倾斜角度由直角棱镜的斜边入射，在其长直角边出射，形成展宽的平行光束，实现对光源平行光束宽度扩展，扩展后的出射光束垂直照射在另一直角棱镜的直角边上，并由该直角棱镜的斜边压缩光束宽度后形成较窄的平行光束照射至CCD相机，两组光学装置扩展后平行光束交叉设置，交叉组成的重叠区域形成测量区域，光源射出平行光束经过扩展后能够形成较大的测量区域，同时扩展后的光束经过另一直角棱镜压缩后形成较窄的光束，使其适用于较小CCD相机，在不增加电路和结构的情况下，降低垂线测量仪的结构和尺寸，同时增大了测量区域。
附图说明
图1为现有平行光投影结构的垂线坐标仪原理图；
图2为本发明垂线二维坐标测量仪的原理图。
图中：1、LED光源；2、第三直角棱镜；3、准直镜；4、第一直角棱镜；5、第二直角棱镜；6、CCD相机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参阅图2，一种垂线二维坐标测量仪，包括两组光学装置，每组光学装置包括CCD相机6和用于发射平行光束的光源；两组光学装置的CCD相机6和光源呈矩形分布，并且同组的CCD相机6和光源对角设置。
上述光源的照射路径上设置有第一直角棱镜4，并且光束自第一直角棱镜的斜边射入自直边射出，第一直角棱镜的出射光路上设置有第二直角棱镜5，第一直角棱镜出射光束自第二直角棱镜直边射入并从斜边射出，第二直角棱镜的出射光束照射在CCD相机的相面上；
两组光学装置的第一直角棱镜4和第二直角棱镜5之间的光束重合区域形成正交的垂线测量区域。
上述光源的出射光束倾斜照射在第一直角棱镜的斜边上，使出射光束最大限度覆盖该斜边对应斜面的宽度，并经过第一直角棱镜的长直边射出，这样能够将光源的平行光束进行扩展，形成展宽的平行光束，进而使两个光学装置的光束重合区域形成较大的测量区域。
第一直角棱镜的平行光束自第二直角棱镜的长直边射入，第二直角棱镜斜边的出射光束倾斜照射在CCD相机的相面上，第二直角棱镜的斜边用于对出射光束的宽度进行压缩，使其宽度与CCD像面长度匹配。
需要注意的是，第二直角棱镜斜边角度的调整，需要保证出射光束的宽度等于CCD像面长度，使光束适应单个CCD元件尺寸。
上述光源包括LED光源1和准直镜3，准直镜3设置在LED光源1的光路上，将LED光源发出的光速整理为平行光束，该平行光束倾斜照射在第一直角棱镜的斜边上。
进一步为了减小整个测量仪的尺寸，在准直镜3和LED光源1的光路上设置第三直角棱镜2，LED光源的光束照射在第三直角棱镜的直边上，自第三直角棱镜的另一直边射出，并射入准直镜。
上述CCD相机的型号为TCD1304，像元总数5000，像面长度35mm。
第一直角棱镜和第二直角棱镜的直角边110mm。
第三直角棱镜的尺寸为30×30×30mm。
准直镜口径为30mm，焦距120mm。
采用上述原件形成的垂涎仪的量程100mm，体积420×365×70，分辨率0.03mm，精度0.1mm。单次测量时间20ms。
该垂线二维坐标测量仪光源发出的光被准直镜整理为较窄的平行光束，以倾斜角度由直角棱镜的斜边入射，在其长直角边出射，形成展宽的平行光束，该直角棱镜出射的平行光束前进方向与另一直角棱镜长直角边垂直。光束经过测量区进入对面另一直角棱镜的长直角边，并由斜边射出被压缩为较窄光束平行光，出射光束的宽度与CCD像面长度匹配，两套这样的结构形成正交的测量区域。进一步为了压缩仪器尺寸，使用了折叠光路，通过第三直角棱镜对LED光源的光束进行折射，将LED光源设置在两个准直镜之间。该垂线二维坐标测量仪适用于人工建筑的垂直变形观测领域，如矿山，桥梁，水坝等。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，包括两组光学装置，每组光学装置包括CCD相机(6)和用于发射平行光束的光源；
所述光源的照射路径上设置有第一直角棱镜(4)，并且平行光束自第一直角棱镜的斜边射入自直边射出，第一直角棱镜的出射光路上设置有第二直角棱镜(5)，第一直角棱镜的出射光束自第二直角棱镜直边射入并从斜边射出，第二直角棱镜的出射光束照射在CCD相机的相面上；
两组光学装置的第一直角棱镜(4)和第二直角棱镜(5)之间的光束交叉设置，并且两光束交叉组成的重合区域形成垂线测量区域。
2.根据权利要求1所述的一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，所述平行光束与第一直角棱镜斜边的夹角为钝角，平行光束倾斜照射在第一直角棱镜的斜边上，用于对平行光束的宽度进行扩展。
3.根据权利要求1或2所述的一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，所述平行光束照射在第一直角棱镜斜边形成光影区域的宽度为斜边的最大宽度。
4.根据权利要求3所述的一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，所述第二直角棱镜的出射光束与第二直角棱镜斜边的夹角为锐角，第二直角棱镜斜边的出射光束倾斜照射在CCD相机的相面上，用于压缩出射光束的宽度。
5.根据权利要求4所述的一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，所述第二直角棱镜斜边的出射光束宽度等于CCD相机的像面长度。
6.根据权利要求1或5所述的一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，所述两组光学装置的CCD相机(6)和光源呈矩形分布，并且同组的CCD相机(6)和光源对角设置。
7.根据权利要求1所述的一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，所述两组光学装置的第一直角棱镜(4)和第二直角棱镜(5)之间的光束正交设置。
8.根据权利要求6所述的一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，所述光源包括LED光源(1)和准直镜(3)，准直镜(3)设置在LED光源(1)的光路上，准直镜(3)的出射光束照射在第一直角棱镜的斜边上。
9.根据权利要求8所述的一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，所述准直镜(3)和LED光源(1)的光路上设置第三直角棱镜(2)，LED光源的光束照射在第三直角棱镜的直边上，自第三直角棱镜的另一直边射出，并射入准直镜。
10.根据权利要求9所述的一种垂线二维坐标测量仪，其特征在于，所述LED光源(1)位于两个第三直角棱镜之间。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202011200566.0A CN112212845A (zh) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | 一种垂线二维坐标测量仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202011200566.0A CN112212845A (zh) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | 一种垂线二维坐标测量仪 |
Publications (1)
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| CN202011200566.0A Pending CN112212845A (zh) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | 一种垂线二维坐标测量仪 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN112212845A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115077507A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-20 | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 | 一种基于线阵ccd的垂线坐标仪 |
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2020
- 2020-10-29 CN CN202011200566.0A patent/CN112212845A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115077507A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-20 | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 | 一种基于线阵ccd的垂线坐标仪 |
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