具有激光测距仪的水平测量装置及其测量方法与流程

本发明涉及水平测量，特别是涉及具有激光测距仪的水平测量装置及其测量方法。

背景技术：

水平仪是一种测量小角度的常用量具。在机械行业和仪表制造中，用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。按水平仪的外形不同可分为：万向水平仪，圆柱水平仪，一体化水平仪，迷你水平仪，相机水平仪，框式水平仪，尺式水平仪；按水准器的固定方式又可分为：可调式水平仪和不可调式水平仪。

水平仪的水准管是由玻璃制成，水准管内壁是一个具有一定曲率半径的曲面，管内装有液体，当水平仪发生倾斜时，水准管中气泡就向水平仪升高的一端移动，从而确定水平面的位置。水准管内壁曲率半径越大，分辨率就越高，曲率半径越小，分辨率越低，因此水准管曲率半径决定了水平仪的精度。水平仪主要用于检验各种机床和工件的平面度、直线度、垂直度及设备安装的水平位置等。特别是在测垂直度时，磁性水平仪可以吸咐在垂直工作面上，不用人工扶持，减轻了劳动强度，避免了人体热量辐射带给水平仪的测量误差。

传统技术存在以下技术问题：

现有的水平仪仅能够测量是否水平，而不能够准确地得出倾斜角度。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种水平测量装置，既可以测量是否水平，还可以准确地得出倾斜角度。

一种水平测量装置，包括：

第一基准板，所述第一基准板内设置有水平的第一水准管；

第二基准板，所述第二基准板内设置有水平的第二水准管；

连接板，所述连接板的一端与所述第二基准板垂直，所述连接板的该端与所述第二基准板的一端固定连接，所述连接板的另一端与所述第一基准板的一端铰接，所述铰接处位于所述第一基准板该端的中间；

激光测距仪，所述激光测距仪位于所述第一基准板与所述连接板铰接的一端的相对端的中间；以及

锁紧机构，所述锁紧机构位于所述铰接处。

上述水平测量装置利用第一基准板的长度是已知的和所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离是不变的从而也是已知的，加上一定的几何关系的计算(余弦定理、平行线的内错角相等和直角三角形中两个锐角互余等等)，只需要一个激光测距仪，只需要测量一次，既可以测量是否水平，还可以准确地得出倾斜角度。

在另外的一个实施例中，所述锁紧机构包括穿过所述连接板和所述第一基准板的螺栓和与所述螺栓螺纹配合的螺母。

在另外的一个实施例中，所述激光测距仪包括：

控制芯片；

与所述控制芯片相连的陀螺仪；

与所述控制芯片相连的激光测距传感器，所述激光测距传感器与激光发射器相连，所述激光测距传感器还与激光接收器相连；

接收所述激光发射器发出的激光和所述激光接收器接收的激光的镜片组；所述激光接收器包括接收所述镜片组发射的激光的雪崩管。

在另外的一个实施例中，所述控制芯片的型号pic32mx440f128ht-80i/pt。

在另外的一个实施例中，所述陀螺仪的型号为mpu6050。

在另外的一个实施例中，所述镜片组包括物镜和接收所述物镜发射的激光的棱镜组。

在另外的一个实施例中，所述棱镜组包括至少两个棱镜，所述棱镜之间胶合连接，所述棱镜的胶合面镀有分光膜。

在另外的一个实施例中，所述棱镜的接收所述物镜发射的激光的入射面镀有增透膜。

在另外的一个实施例中，所述雪崩管的型号为ad500-9to52s。

在另外的一个实施例中，所述激光测距仪还包括：显示模块，所述显示模块为透过式液晶显示屏，所述透过式液晶显示屏与所述镜片组集成在一起。

在另外的一个实施例中，所述透过式液晶显示屏的型号为ttr1f2031。

一种应用任一项所述的水平测量装置的测量方法，包括：

将所述第一基准板放置在待测平面；

将所述第二基准板调整到水平，并将所述锁紧机构锁紧；

利用所述激光测距仪测量所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离；

判断所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离是否等于预设距离；

若是，则所述待测平面水平；

若不是，获取所述第一基准板的长度；

获取所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离；

利用以下公式计算所述待测平面的倾斜角

其中，α是所述待测平面的倾斜角，l1是所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离，l2是所述第一基准板的长度，l3是所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离。

一种应用任一项所述的水平测量装置的测量方法，包括：

将所述第一基准板放置在待测平面；

通过观察所述第一水准管判断所述第一基准板是否水平；

若是，则所述待测平面水平；

若不是，将所述第二基准板调整到水平，并将所述锁紧机构锁紧；

利用所述激光测距仪测量所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离；

获取所述第一基准板的长度；

获取所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离；

利用以下公式计算所述待测平面的倾斜角

其中，α是所述待测平面的倾斜角，l1是所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离，l2是所述第一基准板的长度，l3是所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种水平测量装置的结构示意图。

图2为本申请一实施例提供的应用任一项所述的水平测量装置的测量方法的流程图。

图3为本申请又一实施例提供的应用任一项所述的水平测量装置的测量方法的流程图。

图4为本申请实施例提供的应用任一项所述的水平测量装置的测量方法的原理示意图。

图5为本申请实施例提供的应用任一项所述的水平测量装置的测量方法的原理示意图。

图6为本申请实施例提供的一种水平测量装置中的激光测距仪的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1为本申请实施例提供的一种水平测量装置的结构示意图。

一种水平测量装置，包括：第一基准板100、第二基准板200、连接板300、激光测距仪400和锁紧机构500。

所述第一基准板内设置有水平的第一水准管110。

所述第二基准板内设置有水平的第二水准管120。

所述连接板的一端与所述第二基准板垂直，所述连接板的该端与所述第二基准板的一端固定连接，所述连接板的另一端与所述第一基准板的一端铰接，所述铰接处位于所述第一基准板该端的中间。

所述激光测距仪位于所述第一基准板与所述连接板铰接的一端的相对端的中间。

参阅图6为本申请实施例提供的一种水平测量装置中的激光测距仪的结构示意图。

在另外的一个实施例中，所述激光测距仪包括：

控制芯片410；

与所述控制芯片相连的陀螺仪420；

与所述控制芯片相连的激光测距传感器430，所述激光测距传感器与激光发射器440相连，所述激光测距传感器还与激光接收器450相连；

接收所述激光发射器发出的激光和所述激光接收器接收的激光的镜片组460；所述激光接收器包括接收所述镜片组发射的激光的雪崩管451。

在另外的一个实施例中，所述控制芯片的型号pic32mx440f128ht-80i/pt。

在另外的一个实施例中，所述陀螺仪的型号为mpu6050。

在另外的一个实施例中，所述镜片组包括物镜和接收所述物镜发射的激光的棱镜组。

在另外的一个实施例中，所述棱镜组包括至少两个棱镜，所述棱镜之间胶合连接，所述棱镜的胶合面镀有分光膜。

在另外的一个实施例中，所述棱镜的接收所述物镜发射的激光的入射面镀有增透膜。

在另外的一个实施例中，所述雪崩管的型号为ad500-9to52s。

在另外的一个实施例中，所述激光测距仪还包括：显示模块，所述显示模块为透过式液晶显示屏，所述透过式液晶显示屏与所述镜片组集成在一起。

在另外的一个实施例中，所述透过式液晶显示屏的型号为ttr1f2031。

本发明提供的激光测距仪，在结构中增加了陀螺仪，可以有效的减缓激光测距仪的抖动，并且通过陀螺仪可以有效的确定激光发射的对象，从而减小激光的发射偏差以及反射光的接收偏差，提供激光测距仪的测量精度。

控制芯片通过控制激光测距传感器，从而控制激光发射器发出激光，发出的激光传播至目标物体后，目标物体反射回反射光(也是激光)，激光接收器接收反射光后，激光测距传感器通过激光的传播速度和传播时间计算目标物体的位置距离。

激光是以扇面向外发出的，激光通过激光发射器发出后，经过镜片组的聚拢，以降低发出的激光的能量损耗，从而增加激光的传播率，减少激光在传播途中的能量损失，从而提高计算精度。

同理，激光传播至目标物体是，发生漫反射，折射等光学反射，激光接收器接收的反射光也是扇面的，因此反射光经过镜片组的聚拢后进入激光接收器的雪崩管(雪崩管的接收端面积小，反射光经过镜片组的聚拢后进入雪崩管，可以提高反射光的接受率)，以提高计算精度。

所述显示模块为透过式液晶显示屏，所述透过式液晶显示屏与所述镜片组集成在一起。这可以缩小激光测距仪的体积。

本发明的激光测距仪至少具有以下优势：

本发明的激光测距仪，加装了陀螺仪，可以减缓测距过程中，由于激光测距仪抖动产生的距离差造成的测量误差，从而有效提高测量精度。激光测距传感器与激光发射器分别直接与激光测距传感器相连，也缩短了激光的传播路程，降低了激光的能量损耗，也有效的提高的测量精度。

激光通过镜片组后进入雪崩管，镜片组可以提高激光进入雪崩管的进入率和准确率，使得激光可以聚焦的更集中，提高测量数据的计算精度及数据采集信号量，也提高了激光测距仪的测量精度。

所述锁紧机构位于所述铰接处。

也就是说，利用所述锁紧结构可以控制所述连接板和所述第二基准板是否自己转动。

在另外的一个实施例中，所述锁紧机构包括穿过所述连接板和所述第一基准板的螺栓和与所述螺栓螺纹配合的螺母。

上述水平测量装置利用第一基准板的长度是已知的和所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离是不变的从而也是已知的，加上一定的几何关系的计算(余弦定理、平行线的内错角相等和直角三角形中两个锐角互余等等)，只需要一个激光测距仪，只需要测量一次，既可以测量是否水平，还可以准确地得出倾斜角度。

参阅图2为本申请一实施例提供的应用任一项所述的水平测量装置的测量方法的流程图。

一种应用任一项所述的水平测量装置的测量方法，包括：

s110、将所述第一基准板放置在待测平面。

s120、将所述第二基准板调整到水平，并将所述锁紧机构锁紧。

具体地，利用所述第二水准管把所述第二基准板调整到水平。当述第二基准板调整到水平，将锁紧机构锁紧。

s130、利用所述激光测距仪测量所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离。

s140、判断所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离是否等于预设距离，若是，执行s150，否则，执行s160。

预设距离是已知的，是所述第一基准板的长度和所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离为直角边构成的直角三角形的斜边。

s150、则所述待测平面水平，结束执行。

s160、获取所述第一基准板的长度。

可以理解，所述第一基准板的长度是已知的。

s170、获取所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离。

可以理解，所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离也是已知的，由于所述铰接处位于所述第一基准板与所述连接板铰接的一端的中间，在调整第二基准板的位置的过程中，所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离不变。

s180、利用以下公式计算所述待测平面的倾斜角

其中，α是所述待测平面的倾斜角，l1是所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离，l2是所述第一基准板的长度，l3是所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离。

可以理解，取绝对值的话把图4和图5的两种情形的计算公式都统一了。

利用第一基准板的长度是已知的和所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离是不变的从而也是已知的，加上一定的几何关系的计算(余弦定理、平行线的内错角相等和直角三角形中两个锐角互余等等)，只需要一个激光测距仪，只需要测量一次，既可以测量是否水平，还可以准确地得出倾斜角度。

参阅图3为本申请又一实施例提供的应用任一项所述的水平测量装置的测量方法的流程图。

一种应用任一项所述的水平测量装置的测量方法，包括：

s210、将所述第一基准板放置在待测平面。

s220、通过观察所述第一水准管判断所述第一基准板是否水平，若是，执行s230，否则，执行s240。

s230、所述待测平面水平，结束执行。

s240、将所述第二基准板调整到水平，并将所述锁紧机构锁紧。

具体地，利用所述第二水准管把所述第二基准板调整到水平。当述第二基准板调整到水平，将锁紧机构锁紧。

s250、利用所述激光测距仪测量所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离。

s260、获取所述第一基准板的长度。

可以理解，所述第一基准板的长度是已知的。

s270、获取所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离。

可以理解，所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离也是已知的，由于所述铰接处位于所述第一基准板与所述连接板铰接的一端的中间，在调整第二基准板的位置的过程中，所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离不变。

s280、利用以下公式计算所述待测平面的倾斜角

其中，α是所述待测平面的倾斜角，l1是所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离，l2是所述第一基准板的长度，l3是所述激光测距仪到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离。

可以理解，取绝对值的话把图4和图5的两种情形的计算公式都统一了。

利用第一基准板的长度是已知的和所述铰接处的中心到所述第二基准板与所述连接板固定连接的一端的中心的距离是不变的从而也是已知的，加上一定的几何关系的计算(余弦定理、平行线的内错角相等和直角三角形中两个锐角互余等等)，只需要一个激光测距仪，只需要测量一次，既可以测量是否水平，还可以准确地得出倾斜角度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。