一種檢測全站儀支架精度影像的裝置和方法與流程
2023-06-05 14:55:56
本發明涉及一種檢測全站儀支架精度影像的裝置和方法，適用於檢測全站儀支架兩臂與豎軸旋轉面垂直度、兩臂平行度、左右橫軸孔同軸度及兩臂距豎軸旋轉軸線中心距的加工精度。
背景技術：
全站儀是一種集角度、距離（斜距、平距）、三維坐標等測量功能於一體的測繪儀器系統，幾乎可以用在所有的測量領域，特別是大型建築和地下隧道施工等精密工程測量或變形監測領域。支架作為全站儀的重要組件，對全站儀測量的穩定性和精確性有重大影響。隨著社會的發展，全站儀測量精度的要求越來越高，這就對支架的加工精度要求也越來越高。支架的底部用於安裝全站儀豎軸組，支架兩臂有安裝橫軸的孔，要求儀器水平放置時橫軸的旋轉面需與支架水平旋轉面垂直。
目前廠家對支架兩臂與豎軸旋轉面垂直度、兩臂平行度、左右橫軸孔同軸度及兩臂距豎軸旋轉軸線中心距精度的檢測，每項精度指標需不同工具依次檢測，存在工序繁瑣，手段複雜，效率低，成本高，產能低，測量結果的準確性、重複性差等弊端。檢測工作對工人視力要求高，長時間的工作對工人的身心造成傷害。由於當下對全站儀產能和精度的要求越來越高，現有檢測方法已經不能滿足需求。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種檢測全站儀支架精度影像的裝置和方法，以提高支架精度檢測的效率和準確性，降低工人工作強度，提高工人積極性。
本發明揭示了一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，包含有：頂端ccd攝像機1、第一平面反光鏡3、第一保持架4、第二保持架5、第二平面反光鏡6、支架7、側邊ccd攝像機8、底座10，基座11，同心規12，光管ccd攝像機15，光管16，計算機17；光管16內具有位於光管16後端的直角稜鏡16a、位於光管16前端的透鏡16c、位於直角稜鏡16a與透鏡16c之間的光纖16b，光管16水平放置，直角稜鏡16a的斜邊與水平方向成45°，光纖16b豎直放置；同心規12配合安裝於支架7上的孔中，第一平面反光鏡3與第二平面反光鏡6分別吸附於支架兩臂的外側，第一平面反光鏡3與同心規12端面膠合，第一保持架4和第二保持架5分別吸附於支架兩臂的內側；光管ccd攝像機15安裝於光管16遠離支架7的一端，光管16與側邊ccd攝像機8分別位於支架7的兩側；頂端ccd攝像機1位於支架7正上方；頂端ccd攝像機1、側邊ccd攝像機8、光管ccd攝像機15三者的輸出與計算機17相連接；計算機通過軟體將三個ccd攝像機中得到的圖像進行分析處理後得出相應的測量值。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述透鏡16c為凸透鏡。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述支撐架2和第一連接杆18將頂端ccd攝像機1固定於底座10；短支撐架9和第二連接杆19將側邊ccd攝像機8固定於底座；支撐柱13和螺釘螺母組件14將光管固定於底座10；基座11具有腳螺旋，通過調節腳螺旋能調節基座11水平角度。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述光纖16b、光管ccd攝像機15位於透鏡16c的焦點上。光纖16b發出的光經稜鏡16a反射後進入透鏡16c，透鏡16c使光變成平行光。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述光管16的軸線、透鏡16c的軸線、光管ccd攝像機15的軸線、側邊ccd攝像機8的軸線、第一保持架4的軸線、第二保持架5的軸線是重合的。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述頂端ccd攝像機1的接收光的部件的軸線是與支架7的軸線重合的。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述同心規12的一個端面與平面反光鏡3膠合，並與待檢測支架7橫軸定位孔配合；同心規12的另一個端面伸入支架7橫軸另一孔中，使端面外徑與支架7橫軸另一孔的內徑形成圓環狀。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述位於頂端ccd攝像機1正下方的區域有反光圓。
本發明還提供了一種使用檢測全站儀支架精度影像的裝置檢測精度的方法，包含以下步驟：
步驟一、將待檢測支架7裝於基座11中，同時支架7能沿其旋轉軸線自由轉動；
步驟二、將第一平面反光鏡3、第一保持架4、第二保持架5、第二平面反光鏡6，同心規12裝於待檢支架7的兩臂，裝夾時第一平面反光鏡3和第二平面反光鏡6的定位面需與待檢測支架7的端面完全貼合，同心規12裝於待檢支架7的兩孔中；
步驟三、打開計算機17及光管ccd攝像機15，使光纖16b發出的光經過第一平面反光鏡3、第二平面反光鏡6反射後能在光管ccd攝像機15中心區域呈清晰像，旋轉待檢測支架7180°，在光管ccd攝像機15中心區域再次呈兩個清晰像，前後共得到四個光斑，計算機17讀取四個光斑圓心坐標依次為（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3），（x4，y4），並以max[|x1-x2|，|y1-y2|，|x3-x4|，|y3-y4|]作為平行度值，以max[|x1-x3|/2，|y1-y3|/2，|x2-x4|/2，|y2-y4|/2]作為垂直度值；
光照到第一平面反光鏡3時部分光反射回去形成第一光斑，部分頭透過第一平面反光鏡3，到達第二平面反光鏡6反射回去形成第二光斑，轉180度後，得第三及第四光班；
步驟四、關閉光管ccd攝像機15，打開頂端ccd攝像機1，通過旋轉支架7180°，採集同心規12上的反光圓前後兩次在頂端ccd攝像機1上的像坐標為（x5，y5），（x6，y6），計算機17通過測量計算出待檢支架7的中心距；
步驟五、關閉頂端ccd攝像機1，打開側邊ccd攝像機8，同心規圓形端面與支架豎軸孔將在側邊ccd攝像機8中形成圓環狀光斑，通過圓環內外圓圓心距離，計算出支架7的同軸度。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置檢測精度的方法，其特徵在於打開、關閉ccd攝像機的過程由計算機17上的控制軟體完成，無需複雜手動操作。
上述所述的一種使用檢測全站儀支架精度影像的裝置檢測精度的方法，其特徵在於頂端ccd攝像機1和ccd攝像機8都帶有環形燈，能為反射成像提供原始光源。
上述所述的一種使用檢測全站儀支架精度影像的裝置檢測精度的方法，其特徵在於環形燈與頂端ccd攝像機1和ccd攝像機8不直接或間接接觸。
與廠家現有的藉助多種工具手工、目視檢測法相比，本發明藉助影像檢測手段、無需輔助工具，單人便能完成支架精度垂直度、平行度、同軸度和中心距的測量，穩定性和測量精度都達到了「μ」級，效率較現有方法提高了3倍多，很大程度提升了工人工作積極性。同時對全站儀自身測量精度的提升，對整個全站儀測量領域都有很大影響。
附圖說明
圖1為本發明檢測裝置的正視圖。
圖2為本發明檢測裝置的俯視圖。
圖3為圖1中a框的放大圖。
圖4為圖1中b框的放大圖。
圖5為本發明中檢測裝置檢測過程框圖。
圖6為本發明中平行光管的光路原理示意圖。
具體實施方式
為了使本技術領域人員能更準確地理解本發明以及更好地實施本發明，下面結合附圖對於附圖標記作詳細說明，附圖中附圖標記對應的部件名稱如下：
1—頂端ccd攝像機，2—支撐架，3—第一平面反光鏡，4—第一保持架，5—第二保持架，6—第二平面反光鏡，7—支架，8—側邊ccd攝像機，9—短支撐架，10—底座，11—基座，12—同心規，13—支撐柱，14—螺母螺釘組件，15—光管ccd攝像機，16—光管，16a—直角稜鏡，16b—光纖，16c—透鏡，17—計算機，18—第一連接杆，19—第二連接杆。
請見圖1至圖4、圖6，一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，包含有：頂端ccd攝像機1、第一平面反光鏡3、第一保持架4、第二保持架5、第二平面反光鏡6、支架7、側邊ccd攝像機8、底座10，基座11，同心規12，光管ccd攝像機15，光管16，計算機17；光管16內具有位於光管16後端的直角稜鏡16a、位於光管16前端的透鏡16c、位於直角稜鏡16a與透鏡16c之間的光纖16b，光管16水平放置，直角稜鏡16a的斜邊與水平方向成45°，光纖16b豎直放置；同心規12配合安裝於支架7上的孔中，第一平面反光鏡3與第二平面反光鏡6分別吸附於支架兩臂的外側，第一平面反光鏡3與同心規12端面膠合，第一保持架4和第二保持架5分別吸附於支架兩臂的內側；光管ccd攝像機15安裝於光管16遠離支架7的一端，光管16與側邊ccd攝像機8分別位於支架7的兩側；頂端ccd攝像機1位於支架7正上方；頂端ccd攝像機1、側邊ccd攝像機8、光管ccd攝像機15三者的輸出與計算機17相連接；計算機通過軟體將三個ccd攝像機中得到的圖像進行分析處理後得出相應的測量值。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述透鏡16c為凸透鏡。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述支撐架2和第一連接杆18將頂端ccd攝像機1固定於底座10；短支撐架9和第二連接杆19將側邊ccd攝像機8固定於底座；支撐柱13和螺釘螺母組件14將光管固定於底座10；基座11具有腳螺旋，通過調節腳螺旋能調節基座11水平角度。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述光纖16b、光管ccd攝像機15位於透鏡16c的焦點上。光纖16b發出的光經稜鏡16a反射後進入透鏡16c，透鏡16c使光變成平行光。
請見圖6，虛線為光路，光管ccd攝像機的接收頭或接收屏與光纖頭位於透鏡16c的焦點處，直角稜鏡的斜邊鍍了膜，這層鍍膜有半透過半反射的作用，即光既可以在這個斜面上反射也可以透射過去，圖中透鏡右邊的光及出去的光都是平行光；圖中對於透鐿的焦距f0也作了標註。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述光管16的軸線、透鏡16c的軸線、光管ccd攝像機15的軸線、側邊ccd攝像機8的軸線、第一保持架4的軸線、第二保持架5的軸線是重合的。當然，作為較易實施的技術方案，只要保證轉一圈的過程中，反射回去的像都能呈現在光管ccd攝像機中即可。
上述所述的一種檢測全站儀支架精度影像的裝置，其特徵在於所述頂端ccd攝像機1的接收光的部件的軸線是與支架7的軸線重合的。當然，作為較易實施的技術方案，只要保證轉一圈的過程中，反射回去的像都能呈現在頂端ccd攝像機中即可。
圖5展示了本發明的原理，結合圖1至圖4及圖6，本發明提供了一種使用檢測全站儀支架精度影像的裝置檢測精度的方法，其採用了上述所述的檢測全站儀支架精度影像的裝置；所述檢測方法包含以下步驟：
步驟一、將待檢測支架7裝於基座11中，同時支架7能沿其旋轉軸線自由轉動；
步驟二、將第一平面反光鏡3、第一保持架4、第二保持架5、第二平面反光鏡6，同心規12裝於待檢支架7的兩臂，裝夾時第一平面反光鏡3和第二平面反光鏡6的定位面需與待檢測支架7的端面完全貼合，同心規12裝於待檢支架7的兩孔中；
步驟三、打開計算機17及光管ccd攝像機15，使光纖16b發出的光經過第一平面反光鏡3、第二平面反光鏡6反射後能在光管ccd攝像機15中心區域呈清晰像，旋轉待檢測支架7180°，在光管ccd攝像機15中心區域再次呈兩個清晰像，前後共得到四個光斑，計算機17讀取四個光斑圓心坐標依次為（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3），（x4，y4），並以max[|x1-x2|，|y1-y2|，|x3-x4|，|y3-y4|]作為平行度值，以max[|x1-x3|/2，|y1-y3|/2，|x2-x4|/2，|y2-y4|/2]作為垂直度值；
光照到第一平面反光鏡3時部分光反射回去形成第一光斑，部分頭透過第一平面反光鏡3，到達第二平面反光鏡6反射回去形成第二光斑，轉180度後，得第三及第四光班；
步驟四、關閉光管ccd攝像機15，打開頂端ccd攝像機1，通過旋轉支架7180°，採集同心規12上的反光圓前後兩次在頂端ccd攝像機1上的像坐標為（x5，y5），（x6，y6），計算機17通過測量計算出待檢支架7的中心距；
步驟五、關閉頂端ccd攝像機1，打開側邊ccd攝像機8，同心規圓形端面與支架豎軸孔將在側邊ccd攝像機8中形成圓環狀光斑，通過圓環內外圓圓心距離，計算出支架7的同軸度。
實施過程中打開、關閉ccd攝像機的過程由計算機17上的控制軟體完成，無需複雜手動操作。
以上所述的一種使用檢測全站儀支架精度影像的裝置檢測精度的方法，其特徵在於頂端ccd攝像機1和側邊ccd攝像機8都帶有環形燈，能為反射成像提供原始光源。
以上所述的一種使用檢測全站儀支架精度影像的裝置檢測精度的方法，其特徵在於環形燈與頂端ccd攝像機1和側邊ccd攝像機8不直接或間接接觸。
通過對本發明實施例的公開介紹，本領域的其他技術人員可根據本發明技術的工作原理發展出其他實施例，因此本發明不局限於本文所示的實施例中，而是符合本文所公開原理的最大範圍。