一种几何法激光成像测距装置及其测量方法与流程

本发明涉及测量仪器技术领域，更具体地说，本发明涉及一种几何法激光成像测距装置及其测量方法。

背景技术：

激光测距仪是一种测量距离的仪器，它是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时由激光发射器向目标射出一束很细的激光，激光在遇到目标时会发生反射现象，由光电元件组成的激光接收器接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离，激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差也比较小，在很多领域都得到了应用。

专利申请公布号cn106772410a的发明专利公开了一种激光测距仪，包括设有水平角度器的支架，所述水平角度器上设有竖直角度器，所述水平角度器的中心线与所述竖直角度器的中心线相互垂直设置；所述竖直角度器上设有箱体，所述箱体上设有激光发射器和激光接收器，所述箱体内设有控制器，所述激光发射器和所述激光接收器均与所述控制器相连；所述箱体上还设有与所述控制器相连的显示屏和多个按键。采用该激光测距仪，不仅能测量发射端与目标点之间的距离，而且，也能测量处于空间内具有一定长度目标的距离(目标本身的长度)，同时，本激光测距仪还能够满足一些复杂的测量工程、目标端点的竖直角度、连续直线段的测量、以及处于复杂环境中目标的测量，通用性强，应用范围广。

但是上述技术方案中提供的一种激光测距仪在实际运用时，仍旧存在较多缺点，如运算过程复杂，容易出现误差，当测量场地出现障碍物时，不能有效测量。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种几何法激光成像测距装置及其测量方法，通过第二激光发射器发射定点，激光位移传感器配合单片机计算光点位移，成像镜头使光点在ccd传感器内部成像并将光点图像发送给单片机分析处理，单片机将便于测量的已知数据代入运算模块，得出测量距离并在显示屏显示数据，方法简单，运算快，有利于提高测量精确度，且能够适用复杂的测量环境。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种几何法激光成像测距装置，包括支架，所述支架顶部设有测量机体，所述测量机体一侧设有成像镜头，所述成像镜头底部设有第一激光发射器，所述成像镜头顶部设有激光位移传感器，所述激光位移传感器顶部固定连接有角度调节机构，所述测量机体内部设有ccd传感器，所述ccd传感器一侧设有单片机，所述测量机体外侧设有显示屏，所述显示屏底部设有均匀分布的第一记录按钮、第二记录按钮和触发运算按钮，所述第一记录按钮、第二记录按钮和触发运算按钮均与单片机电性连接，所述单片机与显示屏电性连接；

所述激光位移传感器包括第二激光发射器、接收元件和测量电路，所述第二激光发射器用于定位测量物体，激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收元件接收，被测量电路记录并转化为电信号发送给单片机分析处理；

所述第一记录按钮用于记录第二激光发射器光点初始位置a点信息，并将信息发送给单片机，所述第二记录按钮用于记录第二激光发射器光点终止位置b点信息，并将信息发送给单片机，单片机计算两点距离；

所述单片机内部设有运算模块，所述ccd传感器用于接收并成像显示第一激光发射器和第二激光发射器的成像光点，单片机接收光点图像并分析得出两成像光点距离信息，运算模块通过成像光点距离、发射光点移动距离和成像焦距计算测量点与被测物体间的直线距离。

在一个优选地实施方式中，所述激光位移传感器与测量机体铰接，所述激光位移传感器底部设有架板，所述架板与测量机体固定连接。

在一个优选地实施方式中，所述测量机体一侧固定连接有防护环，所述成像镜头、第一激光发射器和激光位移传感器均设置在防护环内部，所述角度调节机构设置在防护环顶端。

在一个优选地实施方式中，所述成像镜头、第一激光发射器和架板均平行设置，且与地平面平行分布，所述第一激光发射器和激光位移传感器分别设置在成像镜头的正上方和正下方，所述ccd传感器与成像镜头位置相匹配。

在一个优选地实施方式中，所述测量机体与支架转动连接，所述测量机体顶部设有水平仪。

在一个优选地实施方式中，所述单片机的输入端设有a/d转换器，所述激光位移传感器和ccd传感器均与a/d转换器电性连接。

一种几何法激光成像测距的测量方法，具体操作步骤为：

步骤一：选择测量物体并平稳放置定点支架，观看水平仪使测量机体平稳放置，在支架转动水平扭转测量机体，调整最佳测量方向；

步骤二：连通测量机体电路，并打开第一激光发射器和第二激光发射器，使第一激光发射器和第二激光发射器光点投射在测量物体表面；

步骤三：通过角度调节机构调节激光位移传感器角度，从而使第二激光发射器光点产生位移，起始第一激光发射器与第二激光发射器发射平行光线，按第一记录按钮记录光点位置a，随后调整激光位移传感器角度，第一激光发射器与第二激光发射器光线交点为b，第一激光发射器与第二激光发射器光线夹角为v，第一激光发射器与第二激光发射器光线交点b并按第二记录按钮记录光点位置c，激光位移传感器将光点a和c发送单片机，单片机分析计算得出直线a-c的长度；

步骤四：第二激光发射器光点在c点时，成像镜头接收第一激光发射器和第二激光发射器光线散射光，并将其成像为a1点和c1点在ccd传感器显示，ccd传感器将成像信息发送给单片机，单片机分析得出成像光点a1-c1的长度；

步骤五：点击触发运算按钮，运算模块将a-c、a1-c1和成像焦距b-c1代入运算公式运算，得出测量距离b-c数据，单片机将b-c距离数据发送显示屏显示。

在一个优选地实施方式中，所述步骤五的运算公式为：

a1-c1/b-c1＝a-c/x＝tanv，其中所述未知数x为测量距离b-c。

本发明的技术效果和优点：

1、通过第二激光发射器发射定点，激光位移传感器配合单片机计算光点位移，成像镜头使光点在ccd传感器内部成像并将光点图像发送给单片机分析处理，单片机将便于测量的已知数据代入运算模块，得出测量距离并在显示屏显示数据，利用几何法激光成像测距，方法简单，运算快，有利于提高测量精确度，且能够适用复杂的测量环境；

2、通过将支架与测量机体转动连接，方便测量机体转向调整测量角度，水平仪方便调整测量机体平衡，架板与测量机体固定连接，且与第一激光发射器平行分布，便于确定第二激光发射器起始角度，使两个光点重合，测量提高精度，防护环固定在测量机体一侧，保护装置部件，减低磨损，延长装置的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的整体主视图。

图3为本发明的激光发射器光线成像示意图。

图4为本发明的系统框图。

附图标记为：1支架、2测量机体、3成像镜头、4第一激光发射器、5激光位移传感器、6角度调节机构、7ccd传感器、8单片机、9显示屏、10第一记录按钮、11第二记录按钮、12触发运算按钮、13架板、14防护环、15水平仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

根据图1-4所示的一种几何法激光成像测距装置，包括支架1，所述支架1顶部设有测量机体2，所述测量机体2一侧设有成像镜头3，所述成像镜头3底部设有第一激光发射器4，所述成像镜头3顶部设有激光位移传感器5，所述激光位移传感器5顶部固定连接有角度调节机构6，所述测量机体2内部设有ccd传感器7，所述ccd传感器7一侧设有单片机8，所述测量机体2外侧设有显示屏9，所述显示屏9底部设有均匀分布的第一记录按钮10、第二记录按钮11和触发运算按钮12，所述第一记录按钮10、第二记录按钮11和触发运算按钮12均与单片机8电性连接，所述单片机8与显示屏9电性连接；

所述激光位移传感器5包括第二激光发射器、接收元件和测量电路，所述第二激光发射器用于定位测量物体，激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收元件接收，被测量电路记录并转化为电信号发送给单片机8分析处理；

所述第一记录按钮10用于记录第二激光发射器光点初始位置a点信息，并将信息发送给单片机8，所述第二记录按钮11用于记录第二激光发射器光点终止位置b点信息，并将信息发送给单片机8，单片机8计算两点距离；

所述单片机8内部设有运算模块，所述ccd传感器7用于接收并成像显示第一激光发射器4和第二激光发射器的成像光点，单片机8接收光点图像并分析得出两成像光点距离信息，运算模块通过成像光点距离、发射光点移动距离和成像焦距计算测量点与被测物体间的直线距离；

进一步的，所述激光位移传感器5与测量机体2铰接，所述激光位移传感器5底部设有架板13，所述架板13与测量机体2固定连接；

进一步的，所述测量机体2一侧固定连接有防护环14，所述成像镜头3、第一激光发射器4和激光位移传感器5均设置在防护环14内部，所述角度调节机构6设置在防护环14顶端；

进一步的，所述成像镜头3、第一激光发射器4和架板13均平行设置，且与地平面平行分布，所述第一激光发射器4和激光位移传感器5分别设置在成像镜头3的正上方和正下方，所述ccd传感器7与成像镜头3位置相匹配；

进一步的，所述测量机体2与支架1转动连接，所述测量机体2顶部设有水平仪15，通过水平仪使测量机体2保持水平，提高测量精度；

进一步的，所述单片机8的输入端设有a/d转换器，所述激光位移传感器5和ccd传感器7均与a/d转换器电性连接；

进一步的，所述激光位移传感器5的型号设置为l1-1，所述ccd传感器7的型号设置为tcd1201d，所述单片机8的型号设置为m68hc16型单片机。

一种几何法激光成像测距的测量方法，具体操作步骤为：

步骤一：选择测量物体并平稳放置定点支架1，观看水平仪15使测量机体2平稳放置，在支架1转动水平扭转测量机体2，调整最佳测量方向；

步骤二：连通测量机体2电路，并打开第一激光发射器4和第二激光发射器，使第一激光发射器4和第二激光发射器光点投射在测量物体表面；

步骤三：通过角度调节机构6调节激光位移传感器5角度，从而使第二激光发射器光点产生位移，起始第一激光发射器4与第二激光发射器发射平行光线，按第一记录按钮10记录光点位置a，随后调整激光位移传感器5角度，第一激光发射器4与第二激光发射器光线交点为b，第一激光发射器4与第二激光发射器光线夹角为v，第一激光发射器4与第二激光发射器光线交点b并按第二记录按钮11记录光点位置c，激光位移传感器5将光点a和c发送单片机8，单片机8分析计算得出直线a-c的长度；

步骤四：第二激光发射器光点在c点时，成像镜头3接收第一激光发射器4和第二激光发射器光线散射光，并将其成像为a1点和c1点在ccd传感器7显示，ccd传感器7将成像信息发送给单片机8，单片机8分析得出成像光点a1-c1的长度；

步骤五：点击触发运算按钮12，运算模块将a-c、a1-c1和成像焦距b-c1代入运算公式运算，得出测量距离b-c数据，单片机8将b-c距离数据发送显示屏9显示；

进一步的，所述步骤五的运算公式为：a1-c1/b-c1＝a-c/x＝tanv，其中所述未知数x为测量距离b-c。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。