用于地貌仪中激光一字仪定位的校准装置的制作方法

本发明属于水土保持研究技术领域，涉及一种用于地貌仪中激光一字仪定位的校准装置。

背景技术：

地形测量是水土保持学科的重要内容，是研究包括水力侵蚀、重力侵蚀、风力侵蚀等土壤侵蚀类型的基础。随着激光技术光学技术、超声波技术、计算机技术和图像处理技术等先进技术的发展，地形测量方法由传统的侵蚀针法、链条法等接触式测量方法向超声波测距法、红外线传感器法、结构光激光扫描法、三维激光扫描法等快速高效的非接触式测量方法转变(朱良君,张光辉.地表微地形测量及定量化方法研究综述[j].中国水土保持科学,2013,11(5):114-122.)。

地貌仪是由本专利第一发明人及其课题组自主研制的地貌观测装置，该仪器基于结构光扫描技术能够实时监测降雨模拟实验中沟坡地形的动态变化，并计算出历次重力侵蚀量。该课题组从2009年开始研制，至今已研制出5代样机，获授权国家发明专利6项zl201310422836.6；zl201310422447.3；zl201010502055.4；zl201010502051.6；zl201010144689.7；zl201010144655.8。该项仪器已经完成了3项国家自然科学基金项目试验中重力侵蚀的定量观测内容。地貌仪的工作原理是：激光一字仪与摄像机配合，获取坡面的等值线图；然后在gis软件中赋值形成三维立体图，进而可提供坡体的体积、投影面积和各点坐标等参数。由于地貌仪对崩塌地形全程录像，地貌矢量图是根据录像截屏处理得到的，因此，地貌仪实现了对降雨中侵蚀地形的动态观测。地貌仪测量体积的相对误差可以控制在±10％以内(赵超,徐向舟,徐飞龙,王书芳.实验地貌的动态观测装置[j].中国水土保持科学,2012,10(01):65-69.)。

但是该地貌仪也存在以下问题需要进一步改进：1、主机中激光一字仪位置的校准工作较繁琐、耗时；2、用于调节激光一字仪位置的平面型结构光参照系统对于激光一字仪的仰角误差不够敏感，亟待改进。针对以上问题，本发明提出一种能够对地貌一种激光一字仪进行精确、快速定位的调节装置。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供用于地貌仪中激光一字仪定位的校准装置，利用角度微调装置3使激光一字仪8发出的激光平面在校准板4上的投影与校准参照装置1上的参照线6平行；通过升降微调装置2调节线性激光的高度，完成激光一字仪8的位置定位。逐个调节主板10上所有激光一字仪8，从而得到等距结构光平面。

本发明的技术方案如下：

一种用于地貌仪中激光一字仪定位的校准装置，包括校准参照装置1、升降微调装置2和角度微调装置3；

所述的校准参照装置1是由三块校准板4组成的π形结构，水平放置；所述的校准板4的内侧刻有参照线6，参照线6是一组平行等距的线，左右两个校准板4上的参照线6与中间的校准板4上对应的参照线6首尾相接形成π形校准线，并形成多个水平面作为参照面；所述的校准板4的外侧固定有水平尺5，水平尺5与其中一条参照线6保持平行，校准板4的底部安装有水平调节平台7，通过水平尺5和水平调节平台7调节水平；当激光一字仪8发出的激光面在三块校准板4上形成的投影线与一条π形校准线重合时，即完成单个激光一字仪8的位置校准；

所述的升降微调装置2主要由支架11、手轮12、传动杆13、固定螺母14、丝杆15、冠齿轮16、移动螺母17和平移单元18组成；所述的丝杆15的两端通过固定螺母14固定安装在支架11上，丝杆15上设有冠齿轮16；所述的传动杆13水平安装在支架11上，手轮12通过传动杆13与丝杆15连接，传动杆13的端部与冠齿轮16相接触；所述的平移单元18固定在角度微调装置3的固定单元24上，平移单元18的尾部与移动螺母17固定连接，移动螺母17安装在丝杆15上；通过冠齿轮16将传动杆13的横向旋转转化为移动螺母17的竖向旋转，通过移动螺母17带动平移单元18上下微幅平移，从而实现激光一字仪8上下微幅平移；

所述的角度微调装置3主要由上块夹头19、下块夹头20、螺纹式调节旋钮21、连接片22、螺孔23、固定单元24、横纹式调节旋钮25、竖直导轨26、水平导轨27、内置齿轮28和内置弹簧29组成；所述的上块夹头19与下块夹头20的内侧设有横纹，二者的一端位于在固定单元24内，外部的上块夹头19与下块夹头20之间形成的空间用于夹紧激光一字仪8；所述的上块夹头19由横纹式调节旋钮25控制，横纹式调节旋钮25与固定单元24内部的内置齿轮28连接，内置齿轮28与固定单元24内部的上块夹头19上的横纹啮合，固定单元24内部设有水平导轨27，当旋转横纹式调节旋钮25时，带动上块夹头19沿水平导轨27水平微幅运动；所述的下块夹头20由螺纹式调节旋钮21控制，固定单元24内部设有竖直导轨26，螺纹式调节旋钮21与固定单元24内部的格挡之间装有内置弹簧29，当旋转螺纹式调节旋钮21时，带动下块夹头20沿竖直导轨26上下移动；所述的固定单元24尾部焊接有连接片22，连接片22上设有螺孔23，连接片22与升降微调装置2中的平移单元18通过螺栓连接；

旋转螺纹式调节旋钮21使下块夹头20向上运动，从而配合上块夹头19固定待调节的激光一字仪8；由于激光一字仪8已由管卡9初步固定，旋转横纹式调节旋钮25，上块夹头19带动激光一字仪8围绕激光一字仪8的横截面中心线微幅旋转，实现激光一字仪8的角度定位；角度微调装置3与升降微调装置2中的平移单元18通过螺栓连接，通过旋转手轮12调节平移单元18上下运动，并经由角度微调装置3带动夹持激光一字仪8上下平移，从而完成激光一字仪8的高度定位。

激光一字仪8经过升降、角度调节后，发出的激光面在校准参照装置1上的投影线与三块校准板4上的一条π形校准线重合，则该激光一字仪8位置调节完成；然后通过管卡9将该激光一字仪8完全固定在主板10上；旋转螺纹式调节旋钮21使下块夹头20向下运动，松开该激光一字仪8，将升降微调装置2和角度微调装置3移动到另一个激光一字仪8位置，进行角度和升降调节，直至主板10上所有激光一字仪8发出的激光面在校准参照装置1上的投影与校准板4上相应的π形校准线重合。

本发明的益处是：

1、本发明装置具有较高的效率和稳定性，弥补了前期调节费时费力的缺点。

2、本发明为激光一字仪的调节提供可靠的等距结构光平面参照系统，能实现对激光一字仪的角度调节和高度调节，并依据此系统形成高精度等距结构光平面。

附图说明

图1是本发明的工作原理图。

图2是校准参照装置示意图。

图3是升降微调装置示意图。

图4是角度微调装置示意图。

图5是角度微调装置中a的剖面图。

图中：1校准参照装置；2升降微调装置；3角度微调装置；4校准板；5水平尺；6参照线；7水平调节平台；8激光一字仪；9管卡；10主板；11支架；12手轮；13传动杆；14固定螺母；15丝杆；16冠齿轮；17移动螺母；18平移单元；19上块夹头；20下块夹头；21螺纹式调节旋钮；22连接片；23螺孔；24固定单元；25横纹式调节旋钮；26竖直导轨；27水平导轨；28内置齿轮；29内置弹簧。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1～5所示，一种用于地貌仪中激光一字仪定位的校准装置，由校准参照装置1、升降微调装置2和角度微调装置3构成。

一种用于地貌仪中激光一字仪定位的校准装置的具体操作步骤如下：

步骤1：校准参照装置1调整阶段

先在各个校准板4正面绘制一系列平行等距的参照线6，然后将左侧校准板4上任意一条参照线6与水平尺5有刻度线的一端对齐，调节底部的水平调节平台7使水平尺5的气泡居中，由此完成左侧校准板4的调整，即左侧校准板4上所有参照线6构成一组水平等距的二维参照系统；以同样方法完成中间、右侧两块校准板4的调整并保证同样高度的参照线6对应首尾相接形成等距三维参照系统。

步骤二：激光一字仪8的粗调

安装有激光一字仪8的主板10固定在底部的平台上，并连接电源、手动将其粗调，再用与激光一字仪8断面直径相同的管卡9将激光一字仪8大致固定，使其发出的激光平面与校准参照装置1对应高度的参照平面大致对齐，依次调节主板10上的所有激光一字仪8。

步骤三：激光一字仪8的位置微调

角度微调装置3与升降微调装置2中的平移单元18利用螺栓连接，旋转手轮12调节移动螺母17的位置，并带动角度微调装置3运动至待调节的激光一字仪8的位置。当角度微调装置3的上块夹头19与激光一字仪8上表面相切时，旋转螺纹式调节旋钮21，使下块夹头20向上运动固定激光一字仪8，完成激光一字仪8的夹持工作。

由于激光一字仪8已经粗调且由管卡9进行初步固定，此时若激光平面不水平，可旋转横纹式调节旋钮25，上块夹头19左右运动可带动激光一字仪8围绕激光一字仪8横断面中心线微幅旋转，实现激光一字仪8的角度调节，此时可得到一个水平的激光平面；

旋转手轮12，通过冠齿轮16带动丝杆15旋转，从而实现平移单元18上下平移，由于角度微调装置3的作用，平移单元18与激光一字仪8的移动一致。调节激光一字仪8的高度，使其发出的激光面与校准参照装置1上的参照面重合，此时激光平面在校准板4上的投影线保持平行等距且不会随主板10位置的改变而改变，即完成该激光一字仪8的位置校准。

旋转螺纹式调节旋钮21，松开该激光一字仪8，将升降微调装置2和角度微调装置3移动到另一个激光一字仪8位置，逐个完成主板10上所有激光一字仪8的角度和高度微调。

步骤四：等距激光平面的验证

调节完成后，前后平移固定有激光一字仪8的主板17，分别在2m、2.5m、3m位置处调节地貌仪底座，验证调节成功的等距激光平面在左、中、右三块校准板4上的投影线是否分别与校准板4上的π形校准线重合。