一种对深孔进行测量的系统、装置、方法与流程

[0001]
本发明涉及距离测量技术领域，特别涉及一种对深孔进行测量的系统、装置、方法。


背景技术：

[0002]
对于电力基座塔基、桥梁建设、深度水井等施工常常需要根据工艺要求钻深孔，由于深孔可能在不同的深度阶段会要求有不同的尺寸规格，这类深孔的施工尺寸合格与否常常需要人工进入孔内进行测量。在测量过程中对于人员的安全、测量效率等都来了挑战和限制，因此开发一种具有自主测量能力的新型深孔测量方案具有积极的意义。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种对深孔进行测量的系统、装置、方法。
[0004]
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
[0005]
作为一种可实施方式，提出一种对深孔进行测量的系统，包括：
[0006]
第一处理器，用于控制第一激光测距仪发射第一激光束，并控制旋转电机进行匀速旋转；
[0007]
固定设置于旋转电机上的第一激光测距仪，用于向深孔的内壁发射第一激光束，并将第一激光束反射回来所使用的时间或第一激光测距仪至激光反射点的距离发送至所述第二处理器；
[0008]
旋转电机，用于带动第一激光测距仪匀速旋转，使得第一激光测距仪发射的第一激光束能扫过深孔的全周内壁；
[0009]
第二处理器，用于获取第一激光测距仪发射的第一激光束反射回来所使用的时间或第一激光测距仪至激光反射点的距离，进而计算出深孔的内壁孔径；
[0010]
升降台，用于搭载所述第一处理器、第二处理器、第一激光测距仪以及旋转电机；
[0011]
升降台提升装置，用于控制升降台在竖直方向上运动。
[0012]
更进一步地，还包括：
[0013]
设置于升降台上的第二激光测距仪，用于垂直向深孔底端发射第二激光束，并将第二激光束反射回来所使用的时间或第二激光测距仪至激光反射点的距离发送至所述第二处理器。
[0014]
作为另一种可实施方式，一种对深孔进行测量的系统，包括：
[0015]
第一处理器，用于控制第一激光测距仪发射第一激光束，并控制旋转电机进行匀速旋转；
[0016]
第一激光测距仪，用于向固定设置在旋转电机上的反光镜发射第一激光束，使得第一激光束经过反光镜反射至深孔的内壁，并将第一激光束反射回来所使用的时间或第一激光测距仪至激光反射点的距离发送至第二处理器；
[0017]
旋转电机，用于带动反光镜匀速旋转，使得第一激光测距仪发射的第一激光束能扫过深孔的全周内壁；
[0018]
第二处理器，用于获取第一激光测距仪发射的第一激光束反射回来所使用的时间或第一激光测距仪至激光反射点的距离，进而计算出深孔的内壁孔径；
[0019]
升降台，用于搭载所述第一处理器、第二处理器、第一激光测距仪以及旋转电机；
[0020]
升降台提升装置，用于控制升降台在竖直方向上运动。
[0021]
本方案还提出一种对深孔进行测量的装置，包括：
[0022]
测量机构，所述测量机构上设置有前述实施任一实施方式所述的系统；
[0023]
psd位置测量装置，包括psd定位激光源、psd位置传感器，所述psd位置传感器设置于升降台顶端，所述psd定位激光源设置于升降台提升装置的中心位置，psd定位激光源用于向psd位置传感器发射光信号；
[0024]
测角传感器，设置在升降台上，用于测量所述升降台的旋转角度偏移量；
[0025]
第三处理器，根据psd位置传感器接收到的光信号位置和测角传感器测量的旋转角度偏移量，对第二处理器得到的深孔的内壁孔径进行修正。
[0026]
上述实施方式中，所述第一处理器、第二处理器为同一个处理器，或所述第一处理器、第二处理器、第三处理器为同一个处理器。为使处理器对其他器件的控制和数据获取、处理更加快速、便捷，可以将上述任一方案中提出的处理器都使用为同一个处理器。
[0027]
作为一种可实施方式，本方案还提出一种对深孔进行测量的方法，包括以下步骤：
[0028]
步骤s1：升降台提升装置控制升降台下降至设定高度，第一处理器控制旋转电机进行匀速旋转，使得第一激光测距仪发射的第一激光束能扫过深孔的全周内壁；
[0029]
步骤s2：第二处理器获取第一激光束反射回来所使用的时间或第一激光测距仪至激光反射点的距离；
[0030]
步骤s3：第二处理器根据旋转电机的旋转速度和第一激光束反射回来所使用的时间或第一激光测距仪至激光反射点的距离，通过圆拟合的方式计算出第一激光束扫过的内壁孔径；根据升降台下降的高度，记录当前高度下的内壁孔径测量数据与升降台高度信息。
[0031]
步骤s4：控制升降台下降至下一高度，重复执行步骤s1至步骤s3,完成全部设定高度的测量后，得到设定高度范围内深孔的三维立体结构和体积。
[0032]
作为另一种可实施方式，一种对深孔进行测量的方法，包括以下步骤：
[0033]
步骤s1：升降台提升装置控制升降台下降至设定高度，第一处理器控制旋转电机进行匀速旋转，使得第一激光测距仪发射的第一激光束能扫过深孔的全周内壁；同时第一处理器控制第二激光测距仪开启，使得第二激光测距仪垂直向深孔底端发射第二激光束；
[0034]
步骤s2：第二处理器获取第一激光束反射回来所使用的时间或第一激光测距仪至激光反射点的距离，以及获取第二激光束反射回来所使用的时间或第二激光测距仪至激光反射点的距离；
[0035]
步骤s3：第二处理器根据旋转电机的旋转速度和第一激光束反射回来所使用的时间或第一激光测距仪至激光反射点的距离，通过圆拟合的方式计算出第一激光束扫过的内壁孔径；并根据升降台下降的高度，以及第二激光束反射回来所使用的时间或第二激光测距仪至激光反射点的距离，计算出深孔的高度；
[0036]
步骤s4：控制升降台下降至下一高度，重复执行步骤s1至步骤s3，完成全部设定高
度的测量后，再结合深孔的高度，得到深孔的三维立体结构和体积。
[0037]
更进一步地，根据前述任一实施方式，所述步骤s3还包括以下步骤：
[0038]
psd位置测量装置获取当前升降台的位置偏移信息，测角传感器获得当前升降台的角度偏移信息，对第二处理器计算出的内壁孔径进行数据修正。
[0039]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0040]
本发明基于激光测距仪的技术，对大型的深孔内径和高度进行测量，特别是电力塔基深孔结构，从而得到深孔的三维立体结构和体积，在测量过程中，可使用绳索牵引的方式让升降台进入深孔，避免人工进入深孔带来的危险，保证了人员的安全。
[0041]
并且采用psd位置测量装置和测角传感器对升降台的位置偏移量和角度偏移量进行补偿，避免了绳索提升时带来的基台摆动与偏移误差，使得深孔的三维立体结构和体积更加准确。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0043]
图1为本发明实施例1中对深孔进行测量的装置结构示意图；
[0044]
图2为本发明实施例1中对深孔进行测量的系统结构示意图；
[0045]
图3为本发明实施例1中加入反光镜的对深孔进行测量的系统结构示意图；
[0046]
图4为本发明实施例1中对深孔半径进行计算的角度示意图；
[0047]
图5为本发明实施例1中加入反光镜后对深孔半径进行计算的角度示意图。
[0048]
主要元件符号说明
[0049]
升降台100，测角传感器200，psd定位激光源310，psd位置传感器320，第一激光测距仪1，第二激光测距仪2，旋转电机3，内壁4，反光镜5，第一激光束11，第二激光束22。
具体实施方式
[0050]
下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
[0051]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0052]
实施例1：
[0053]
作为一种可实施方式，如图1所示，本实施提出一种对深孔进行测量的装置，包括
升降台100，所述升降台100上设置有一种对深孔进行测量的系统，如图2所示，所述一种对深孔进行测量的系统包括第一处理器、第二处理器、第一激光测距仪1、旋转电机3、第二激光测距仪2、升降台提升装置，所述第一处理器、第二处理器、第一激光测距仪1、旋转电机3、第二激光测距仪2搭载于升降台100上，所述升降台提升装置控制升降台100在竖直方向上运动。比如，将升降台提升装置设置在升降台顶端的水平地面上，升降台提升装置通过绳索连接升降台100，控制绳索收放，从而控制升降台100在深孔中升降，所述升降台提升装置可以通过三根或四根绳索连接升降台100，以尽量保持升降台在升降过程中的平衡(图1中省略了所述升降台提升装置和绳索)。
[0054]
所述一种对深孔进行测量的系统，其中：
[0055]
第一处理器，用于控制第一激光测距仪1发射第一激光束11，并控制旋转电机3进行匀速旋转。
[0056]
固定设置于旋转电机上的第一激光测距仪1，用于向深孔的内壁4发射第一激光束11，并将第一激光束11反射回来所使用的时间或第一激光测距仪1至激光反射点的距离发送至所述第二处理器。需要说明的是，根据激光测距仪的原理，激光测距仪发射的激光束到达障碍物后会反射回来，那么根据激光束反射回来的时间和激光束的光速，即可计算出激光测距仪与障碍物的距离，有的激光测距仪会得出激光束到达障碍物后反射回来所使用的时间，有的激光测距仪则会直接得出与障碍物的距离，因此这里所说的所述第一激光测距仪至激光反射点的距离实际上是指第一激光测距仪发射的第一激光束到达深孔内壁的距离。
[0057]
旋转电机3，用于带动第一激光测距仪1匀速旋转，使得第一激光测距仪1发射的第一激光束11能扫过深孔的全周内壁4。
[0058]
第二处理器，用于获取第一激光测距仪1发射的第一激光束11反射回来所使用的时间或第一激光测距仪1至激光反射点的距离，根据第一激光束11反射回来的时间计算出深孔的内壁4孔径。若得到第一激光束到达深孔内壁的距离，以及第一激光束与内壁之间存在的角度，则根据勾股定理即可计算出深孔的半径，也就可以计算出深孔内壁孔径。
[0059]
如图2所示，第一激光束11与水平方向和竖直方向都具有一定的夹角，即第一激光束11是倾斜照射在深孔内壁4上的，当测量到深孔的最底部时，由于第一激光束11有倾斜角度，则照射到深孔最低处后，第一激光束11反射回来的时候会迅速减小，那么此时则控制升降台100停止继续竖直向下的移动，避免升降台100在向下移动进行测量时，到达底部后还继续向下降。
[0060]
再参见图4，假设第一激光束与竖直方向的夹角为θ，第一激光束发射至内壁又反射回来的总时间为t，第一激光束的光速为c，那么可以计算出升降台在此高度处(以第一激光测距仪发射第一激光束的起点为准)，第一激光束到达深孔内壁的距离a；得到距离a后，根据已知的夹角θ，即可计算出第一激光束的发射起点与深孔内壁的直线距离b，有：
[0061]
a＝c
×
t/2
ꢀꢀ
(1)
[0062]
b＝a
×
sin(θ)
ꢀꢀ
(2)
[0063]
如图1所示，可以使用升降台提升装置控制升降台100在深孔内的竖直方向上运动，在理想情况下，所述升降台100位于深孔的中心点位置，同时第一激光测距仪发射第一激光束的起点也位于深孔的中心位置，则计算出来的距离b就是第一激光测距仪发射端所
在高度的深孔内壁半径，即可得到深孔的内壁孔径。
[0064]
升降台提升装置控制升降台下降至设定高度l1(升降台的下降高度是相对于升降台顶端在竖直方向上下降的高度，l1大于等于0)，第一处理器控制旋转电机进行匀速旋转，使得第一激光测距仪发射的第一激光束能扫过深孔的全周内壁，在此高度l1处，深孔的内壁孔径为b1；继续控制升降台下降至高度l2(l2大于l1)，在此高度l2处，深孔的内壁孔径为b2；可以重复上述步骤，得到高度ln处的深孔内壁孔径bn。进而，根据高度l1到ln的距离，以及l1到ln这个高度范围内的深孔内壁孔径，即可计算出l1到ln的高度范围内，深孔的三维立体结构和体积。
[0065]
所述一种对深孔进行测量的系统还包括第二激光测距仪2，所述第二激光测距仪2设置于升降台100上，用于垂直向深孔底端发射第二激光束22，并将第二激光束22反射回来所使用的时间或第二激光测距仪2至激光反射点的距离发送至所述第二处理器(此处反射点相当于障碍物，即深孔底端)。第二激光测距仪2可以设置在升降台100的底部，使得第二激光束22能垂直发射至深孔底端，即可测得升降台100与深孔底端的距离。随着升降台100在深孔内的下降，第二激光束22反射回来的时间会越来越短，采用第二激光测距仪2进行深度测量，即可更加精确计算深孔的高度。
[0066]
需要补充说明的是，根据激光测距仪的工作原理可知，激光测距仪发射的激光束遇到障碍物后会反射回来，激光测距仪根据激光束反射回来的时间即可计算出与障碍物的距离。
[0067]
因此所述第二处理器根据得到的深孔内壁孔径和高度，可以拟合出深孔的三维立体结构和体积。但是由于连接绳索的升降台100在升降过程中，可能会产生相对于深孔中心点的偏离，那么第二处理器得到的深孔中心点则会出现偏差，因此如图1所示，所述一种对深孔进行测量的装置还包括psd位置测量装置、测角传感器200、第三处理器，第三处理器根据psd位置传感器320接收到的光信号位置和测角传感器200测量的角度偏移量，对第二处理器拟合得到的深孔的三维立体结构和体积进行修正，以进一步得到更加准确的深孔三维立体结构和体积。
[0068]
详细来说，所述psd位置测量装置包括psd定位激光源310、psd位置传感器320，所述psd位置传感器320设置在升降台顶端，所述psd定位激光源310设置在升降台提升装置中心，psd定位激光源310用于向psd位置传感器320发射光信号。可以将psd定位激光源310也设置在升降台100的中心位置，也就是深孔内径的中心位置，当升降台100在下降过程中没有产生偏移量时，psd定位激光源310发射的光信号刚好在psd位置传感器320的中心位置。但当升降台100在下降过程中产生偏移量时，psd定位激光源310发射的光信号则不会在psd位置传感器320的中心位置，第三信号处理器根据psd位置传感器320的光信号位置，可以初步检测出升降台的位置偏移量，从而对第二处理器得到的深孔内壁半径进行初步修正。
[0069]
同时还存在一种情况，即如图1所示，升降台由绳索牵引降落时，特别是在旋转电机3进行旋转时，不可避免带动升降台100本身产生一定的旋转角度，因此将测角传感器200设置在升降台100上，用于测量升降台100的旋转角度偏移量，所述测角传感器200可以为磁罗盘。
[0070]
当升降台下降了高度l1时(l1可以为0)，记录此时测角传感器测量当前升降台的角度值a1，以此角度值a1为基准角度值；继续将升降台下降至高度l2(l2大于l1)，记录此时
测角传感器测量当前升降台的角度值a2，同时记录所述旋转电机的旋转角度ai，接下来即可对第一激光测距仪的旋转偏移量ai`进行修正：ai`＝ai+(a2-a1)。
[0071]
若ai`大于360
°
，则ai`＝ai+(a2-a1)-360；若ai`小于0
°
，则ai`＝ai+(a2-a1)+360。
[0072]
依次记录相应的下降高度li和升降台的角度值ai、以及旋转电机的旋转角度ai，对第一激光测距仪的旋转偏移量进行补偿，从而进一步对第二处理器得到的深孔内壁半径进行修正，以得到更加准确的深孔的三维立体结构和体积。
[0073]
作为本实施例的另一种可实施方式，如图3所示，在所述旋转电机3上固定设置一个与水平方向倾斜的反光镜5，所述第一激光测距仪1发射的第一激光束11与竖直方向平行，第一激光测距仪1向设置在旋转电机3上的反光镜5发射第一激光束11，使得第一激光束11经过反光镜5后倾斜反射至深孔的内壁4，相当于在如图5所示的0点处设置了一个反光镜5。
[0074]
在测量时，如图5所示，假设第一激光束经过反光镜后与竖直方向的夹角为θ，第一激光束发射至内壁又反射回来的总时间为t，第一激光束的光速为c，第一激光测距仪的发射端与反光镜的距离为l，那么可以计算出升降台在此高度处，第一激光束从反光镜到达深孔内壁的距离a；得到距离a后，根据已知的夹角θ，即可计算出第一激光束的发射起点与深孔内壁的直线距离b，有：
[0075]
a＝c
×
t/2-l
ꢀꢀ
(3)
[0076]
b＝a
×
sin(θ)
ꢀꢀ
(4)
[0077]
这样设置的好处是，若第一激光测距仪是有线电源供电，不旋转第一激光测距仪的话，则可以避免线路缠绕。当然，上一实施方式中旋转的第一激光测距仪可以使用电池供电，这样也可以避免线路缠绕。其余部分与上一实施方式相同，固不再赘述。
[0078]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。