[发明专利]两点激光测量平面空间偏角的方法及装置

说明书

本发明属于激光检测技术领域，涉及一种两点激光测量平面空间偏角的方法及装置。其具有自动化程度高、测量范围大、效率高、成本低的优点。本发明所述方法是利用两个平行且位置关系已知的激光光束在靶面形成两个光斑，上述激光光束垂直于待测平面，使两个激光光束中心的连线与水平面夹角呈锐角或钝角；靶面垂直方向设置，探测激光光斑，计算激光光斑的中心坐标，计算激光光斑中心的水平和垂直距离，并与已知的激光光束中心的水平和垂直距离进行对比，计算待测平面的空间偏角；改变靶面的空间角度，上述靶面绕垂直轴和水平轴分别旋转一个角度，再分别计算激光光斑中心的水平和垂直距离，对比旋转前后两组的计算结果，得到待测平面的空间偏角方向。

技术领域

本发明属于激光检测技术领域，涉及一种两点激光测量平面空间偏角的方法及装置。

背景技术

大型结构体,例如建筑物、桥梁、铁轨、重型机械设备等，在建筑和施工时，其某些平面的空间角度测量十分关键，是关系到质量和安全等国计民生的重要课题。有些结构体平面的偏角，例如建筑物外表面的竖直偏角，可利用经纬仪在建筑物侧面观测其轮廓进行测量，但有的结构体平面正对观测者，或侧面无法观测(例如建筑物内凹的表面)，此时无法通过侧面轮廓检测得到该平面的空间偏角。另外，利用经纬仪进行侧面轮廓检测时只能得到一个方向的偏角，不能同时得到物体待测平面水平和竖直两个方向的偏角。对此类问题，有以下三种测量方法：

一、在结构体待测平面上固定平面镜，将经纬仪调整水平并瞄准平面镜，观测经纬仪十字分划经平面镜反射回的像的水平和竖直偏角，即待测平面的水平和竖直偏角。但这种方法需要人工读数，效率低下，容易出现读数误差，并且经纬仪观测范围很小，一般不超过2'，略大一点的偏角则超出测量范围，无法检测；

二、三维激光扫描用于空间结构的测绘，该方法为非接触测量，对结构本体无影响，精度高，所获取的数据为结构体表面的三维坐标数据，利用后处理软件可构建三维模型。结合计算机编程，三维点云数据可有效地用于结构体垂直度分析，截面图、立面图、等值线图绘制，以及变形监测等工作中。但该方法成本很高，所获取的数据需要后续处理，不能直接读数，对使用人员的专业水平要求很高。在建筑、施工和大型结构件检测等领域无法得到实际应用；

三、对连续待测面的空间偏角检测，例如铁轨表面空间偏角测量，可将激光器固定于铁轨表面上，接收靶靠紧铁轨表面，调整激光器使其光斑对准接收靶靶面中心，沿着铁轨表面移动接收靶，不断测量激光器到接收靶的距离，根据激光光斑的偏移量计算铁轨表面的空间偏角，这种方法虽然易于实现自动化，但必须测距，另外即便进行测距也无法确定空间偏角的方向。

发明内容

本发明目的是解决上述大型结构体待测平面的空间偏角(水平角和竖直角)测量中现有方法的复杂、低效和不便利性，具有自动化程度高、测量范围大、效率高、成本低的优点。

为实现以上目的，本发明提供一种两点激光测量平面空间偏角的方法，是利用两个平行且位置关系已知的激光光束在靶面形成两个光斑，上述激光光束垂直于待测平面，使两个激光光束中心的连线与水平面夹角呈锐角或钝角；

靶面垂直方向设置，探测激光光斑，计算激光光斑的中心坐标，计算激光光斑中心的水平和垂直距离，并与已知的激光光束中心的水平和垂直距离进行对比，计算待测平面的空间偏角；

改变靶面的空间角度，上述靶面绕垂直轴和水平轴分别旋转一个角度，再分别计算激光光斑中心的水平和垂直距离，对比旋转前后两组的计算结果，得到待测平面的空间偏角方向。

上述方法的具体操作如下：

1)将两个激光器与待测平面的位置相对固定，使发出的激光光束相互平行且与待测平面垂直，两个激光器中心连线与水平面呈一个锐角或钝角排布，准确测量得到两个激光器光轴中心的水平距离S₁和垂直距离S₂；

2)打开激光器，在激光器一定距离处放置探测器，在靶面上形成光斑；