激光投线仪误差自动检测系统.pdf

激光投线仪误差自动检测系统 何平安唐小莉余梅霜 武汉大学电子信息学院，430079，武汉市珞喻路129号 摘要 目前，激光投线仪的生产装配与误差检测主要有两种方式：一是用标尺测量结合人工读数；二是通过 CCD相机将出射光束成像在若干监视器上，再由人工读数．尽管这两种检测方法比较直观，但占用场地过大， 检测效率低下，检涎精度低．本文从激光投线仪的误差分析着手，讨论了激光投线仪各种可能的误差，提出了基 于CCD数字图像测量系统的检测方案．通过计算机的自动处理，解算出仪器的水平度、倾斜度和弯曲度，从而 去指导仪器的校正，实现激光投线仪检测的自动化和高效率。 关键词激光投线仪．CCD，水平度，倾斜度。弯曲度 一、引言 随着国民经济的迅速发展，越来越多的大型工程建设，建筑装修，农田水利建设．高级公路建 设，机场的修建，以及大型工件形位误差的测量都需要有一个与之对应的大尺寸测量基准面。按照 光线或视线在空间扫描构成一个测量基准面而生产的激光投线仪在这方面发挥了很大的作用。激光 投线仪给出两条相互垂直的水平激光线和垂直激光线，作为建筑工程与装修装饰用施工的基准，得 到了广泛的应用。 但是，由于仪器加工、装配等各种因素的影响，激光投线仪出射光束扫描形成的平面会偏离标 准的基准水平面，影响仪器的使用与施工质量。另一方面，随着我国市场经济体制的逐步完善，市 场逐步规范，对施工质量的要求也将越来越高。近期，国家质量技术监督部门已经着手制定激光扫 平仪的检定标准。不难想象，对功能类似的激光投线仪，其检定也亟待规范化。分析并测得激光投 线仪存在的各项误差，不仅可以获知它的精度，还可以依据误差信息对其做相应的调整，使其达到 更高的精度。因此，激光投线仪误差的检测是生产装配、使用、计量检定中的重要的质量保证。 激光投线仪的原理比较简单：如图1．1所示，半导体激光器发出的平行光束垂直投射到玻璃棒上， 出射后形成一扇形平面。在其前方某一平蔼上就可以得到一条直线。若玻璃棒水平放置，得到的将 是铅垂线；若玻璃棒铅垂放置，得到的将是水平线。 激光投线仪因安置(自动安平)和装配而产生的 误差主要有：水平线的水平度、倾斜度和弯曲度，垂 直线的铅垂度、倾斜度和弯曲度。由于仪器水平激光 激 线与垂直激光线之间的垂直度由加工和装调保证，因 光 此，如果控制了水平激光线的水平度、倾斜度和弯曲 束 度，则垂直激光线的垂直度和弯曲度是可以保证的。 以下仅分析和讨论水平激光线的几种误差。 图1．1投线仪原理 二、误差检测原理 以水平激光线为例，由文献Ⅲ的分析可知，当投线 仪的三种误差同时存在时，出射的水平激光线交为一条 倾斜的双曲线段。如图夏1，投线仪在其正前方三远处 一平面上投影得到曲线jCB。直线A～C百为水平基准， 且A’C’=B’C’。当投线仪在理想状态下工作时，出射 的水平激光线应与基准线A—CB．重合。当存在误差时， llO 2006年全国测绘仪器综合学术年会．青海省两宁市 设主方向对应的C点和其左右对称2点A、B相对于基准的偏差分别为AA’、BB、CC’，对应的投 影距离为￡A、工B、工c，则有： 水平度误差口：arctgICC／Lr)。 产生高差CG。 ’一 ’一 ，是、 两点相对于 弯曲度误差y：arctglAE／(L—k)》。其中，彳E= 曲线基准轴 的高差； 或arctg B 两点的高差。 FECc、A为)H丽E一7C石C(一AA丽=丽，))，《．酬一厶一厶( 如此就将3个角度量都转化为两个线量之比。如果投影距离工A，￡B，五c已知，只需爵设法获得 A、B、C三点上激光线相对于水平基准的高度差朋，、BB，、CC；即可解算出投线仪的全部误差。 整体误差：对于投线仪，指的是在其工作范围——投影距￡处，和发散角±p范围内——檄光投 影线相对于基准的最大落差。因为激光投影线的表达式已知，可以轻 易而精确的定位它在工作范围内的最高点和最