激光扫平仪探测器组件及估算扫平激光位置的方法与流程

[0001]
本发明属于建筑测量探测仪器技术领域，尤其涉及一种激光扫平仪探测器组件以及一种估算扫平激光位置的方法。


背景技术：

[0002]
激光扫平仪是在快速旋转轴带动下使可视激光点扫出同一水准高度的光线，便于工程人员定位水准高度的一种仪器。
[0003]
激光扫平仪是集光学、机械、电子等技术为一体的测绘仪器，可以为工程应用提供一个水平基准面，与探测器配合，可以在测试范围内控制任一测点的水平高度，能将测量与施工结合在一起，实现施工自动化，因此被广泛运用于建筑施工、平整场地、机场建筑等方面。
[0004]
然而，为实现工程作业设备的精确控制，通常需要掌控目标高度、方位、距离等信息，而激光扫平仪探测器仅具备高度测量功能，往往需要额外的仪器测量目标方位、距离，而仪器数量的增多，不仅操作繁琐，也不利于工程作业的进行。
[0005]
因此如何使激光扫平仪具备扫平功能的同时，集方位、距离、高度估算于一体，减少施工过程中所需的仪器数量，简化施工过程，提高施工效率与质量，降低人工成本与劳动强度，是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
为解决上述技术问题，本发明提供一种激光扫平仪探测器组件以及一种估算扫平激光位置的方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
[0007]
本发明采用如下技术方案：
[0008]
在一些可选的实施例中，提供一种激光扫平仪探测器组件，包括：均匀布置在支撑架周围的四个光电探测单元，相邻的光电探测单元相互垂直，所述光电探测单元由电路板与一列硅光电池组成。
[0009]
在一些可选的实施例中，提供一种估算扫平激光位置的方法，包括：
[0010]
将权利要求1所述的激光扫平仪探测器组件放置在激光扫平仪所产生的激光扫描面内；
[0011]
所述激光扫平仪探测器组件中的光电探测单元接收所述激光扫平仪输出的光信号，并将光信号转换为电信号；
[0012]
根据相邻的两个光电探测单元探测的脉冲时间间隔以及所述激光扫平仪的扫描周期，估算扫平激光距离；
[0013]
根据所述相邻的两个光电探测单元探测的光强信息，估算扫平激光方位；
[0014]
通过所述光电探测单元的标高功能，以重心法估算扫平激光高度。
[0015]
在一些可选的实施例中，所述根据相邻的两个光电探测单元探测的脉冲时间间隔以及所述激光扫平仪的扫描周期，估算扫平激光距离的过程包括：
[0016]
相邻的两个光电探测单元接收所述激光扫平仪输出的光信号，在一个脉冲循环内，数据处理模块输出所述相邻的两个光电探测单元的脉冲起始点的时间差为t
1
；
[0017]
获取所述激光扫平仪的扫平周期为t，得到占空比为
[0018]
所述相邻的两个光电探测单元所在位置所对应的所述激光扫平仪的扫描面半径l，得到所述激光扫平仪的扫描面周长为2πl；
[0019]
所述相邻的两个光电探测单元之间的距离为d，得到扫描距离占比为
[0020]
将所述占空比与所述扫描距离占比等同，可得下式：
[0021][0022]
即得到所述激光扫平仪与所述激光扫平仪探测器组件的距离，如下式：
[0023][0024]
在一些可选的实施例中，所述根据相邻的两个光电探测单元探测的光强信息，估算扫平激光方位的过程包括：
[0025]
所述数据处理模块输出所述相邻的两个光电探测单元采集的光强信息，分别记为p1与p2；
[0026]
根据下式得到方位角度θ：
[0027]
p
2
＝p
1
(1-cos
2
θ)；
[0028]
所述方位角度θ为所述激光扫平仪发射的可视激光与可视激光照射到所述相邻的两个光电探测单元中首先接收到激光光斑的光电探测单元之间的夹角。
[0029]
本发明所带来的有益效果：本发明采用激光扫平仪探测器组件配套激光扫平仪，相比于现有技术手段，使激光扫平仪具备扫平功能的同时，可对扫平激光的高度、距离、方位进行估算，减少了施工过程中额外的测量仪器，简化了施工过程，提高了施工效率；估算方式简单、可靠、成本低。
附图说明
[0030]
图1为本发明激光扫平仪探测器组件结构俯视图；
[0031]
图2为本发明激光扫平仪探测器组件距离估算原理图；
[0032]
图3为本发明激光扫平仪探测器组件方位估算原理图；
[0033]
图4为本发明激光扫平仪探测器组件高度估算原理图；
[0034]
图5为相邻的两个光电探测单元探测的脉冲时间间隔以及激光扫平仪的扫描周期的示意图。
具体实施方式
[0035]
以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能
够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
[0036]
如图1所示，在一些说明性的实施例中，提供一种激光扫平仪探测器组件，包括：外壳1、支撑架4及光电探测单元5。光电探测单元5为四个，围绕支撑架4进行布置，四个光电探测单元5均匀布置在支撑架4周围，且相邻的光电探测单元相互垂直，即四个光电探测单元5两两垂直围绕支撑架4呈360
°
，该配置可以360
°
探测扫平激光位置。
[0037]
光电探测单元5由电路板2与一列硅光电池3组成。
[0038]
在本发明的具体实施中，激光扫平仪探测器组件与水泡式激光扫平仪、自动安平激光扫平仪、电子自动安平扫平仪配套使用。
[0039]
本发明提供的一种可估算扫平激光位置的激光扫平仪探测组件，具体通过两个相邻的光电探测单元5的脉冲时间间隔以及扫描周期，估算扫平激光距离；根据数据处理模块输出光电探测单元的光强信息及光强变化量，经解算后得到扫平激光的方位；根据光电探测单元的标高功能，以重心法估算扫平激光的高度。
[0040]
本发明所提供的激光扫平仪探测器组件通过下述过程实现对激光扫平仪方位、距离、高度的估算，即提供一种估算扫平激光位置的方法。
[0041]
在一些说明性的实施例中，该估算扫平激光位置的方法包括：
[0042]
首先，将所述的激光扫平仪探测器组件放置在激光扫平仪10所产生的激光扫描面内，即激光扫平仪10放置在激光扫平仪探测组件可探测范围任一位置。
[0043]
然后，激光扫平仪探测器组件中的光电探测单元5接收激光扫平仪10输出的光信号，并将光信号转换为电信号，通过接收信号强弱，对电信号进行放大控制。激光扫平仪10工作时投射出一束可视激光，经旋转五棱镜偏转90
°
射出从而产生一个激光扫描面，直接面对激光的两个光电探测单元5持续接收激光扫平仪10发射的激光光斑，接收激光光斑的相邻光电探测单元5记为第一探测单元6与第二探测单元7。
[0044]
然后，根据相邻的两个光电探测单元探测的脉冲时间间隔以及激光扫平仪的扫描周期，估算扫平激光距离。如图2、3、5所示，估算扫平激光距离的具体过程如下：
[0045]
相邻的两个光电探测单元接收激光扫平仪输出的光信号，在一个脉冲循环内，数据处理模块输出第一探测单元6的脉冲起始点到第二探测单元7的脉冲起始点的时间差为t
1
；
[0046]
根据激光扫平仪10转速挡设定可得激光扫平仪扫平周期为t，得到占空比为
[0047]
激光扫平仪10与激光扫平仪探测器组件中的光电探测单元5距离为l，l也为激光扫平仪10的激光扫描面半径，即相邻的两个光电探测单元5所在位置所对应的激光扫平仪的扫描面半径记为l，得到激光扫平仪的扫描面周长为2πl；
[0048]
相邻的两个光电探测单元之间的距离为d，即由激光扫平仪10的机械结构可以得到第一探测单元6到第二探测单元7之间的距离为d，得到扫描距离占比为
[0049]
将占空比与扫描距离占比等同，可得下式：
[0050][0051]
即得到激光扫平仪10与激光扫平仪探测器组件的距离，如下式：
[0052][0053]
图2为激光扫平仪处于理想位置，即激光扫平仪处于激光扫平仪探测器组件相邻光电探测单元的中心位置，此时的第一探测单元6到第二探测单元7的理论扫描距离与探测器距离在方位上的投影距离都为d。
[0054]
当激光扫平仪处于第一探测单元6与第二探测单元7除中心位置外的其他位置，如图3所示，理论情况下扫描距离占比中，激光扫平仪的扫描周长为2πl，在此扫描周长内相邻探测单元之间的扫描距离为d1。实际情况下扫描距离占比中，激光扫平仪的扫描周长为2πl，相邻的两个光电探测单元之间的扫描距离为d。
[0055]
此时第一探测单元6到第二探测单元7的理论扫描距离为d1，经方位修正后，即激光扫平仪处于理想位置时，探测器距离在方位上的投影距离为d，d与d1等同。
[0056]
估算扫平激光距离的同时可以估算扫平激光方位，具体是根据相邻的两个光电探测单元探测的光强信息，估算扫平激光方位，具体过程如下：
[0057]
如图3所示，第一探测单元6到第二探测单元7持续接收激光扫平仪10输出的光信号，经数据处理模块输出第一探测单元6的光强信息p
1
，以及第二探测单元7的光强信息p
2
，根据相邻光电探测单元的光强信息可得，此时存在三个特殊位置，即：
[0058]
第一种情况，第一探测单元光强p
1
与第二探测单元光强p
2
等同时，激光扫平仪10处于激光扫平仪探测器组件第一探测单元6到第二探测单元7中心位置；
[0059]
第二种情况，第一探测单元光强p
1
达到峰值1，第二探测单元光强p
2
为0时，激光扫平仪10位于激光扫平仪探测器组件中第一探测单元6正上方；
[0060]
第三种情况，第一探测单元光强p
1
为0，第二探测单元光强p
2
达到峰值1时，激光扫平仪10位于激光扫平仪探测器组件第二探测单元7正上方。
[0061]
因此，激光扫平仪探测器组件每个光电探测单元5的光强变化量理想情况下呈余弦函数。
[0062]
当激光扫平仪10处于出现第二种情况与第三种情况之间时，即所激光扫平仪10位于第一探测单元6正上方与第二探测单元7正上方90
°
夹角区域内。在此期间，第一探测单元6与第二探测单元7的光强变化量函数出现重叠，即存在p
1
与p
2
皆不为0的情况，方位角度θ与第一探测单元光强p
1
与第二探测单元光强p
2
变化量有关，关系如下式：
[0063]
p
2
＝p
1
(1-cos
2
θ)。
[0064]
因此，估算扫平激光方位时，数据处理模块输出相邻的两个光电探测单元采集的光强信息，分别记为p
1
与p
2
；
[0065]
根据下式得到方位角度θ：
[0066]
p
2
＝p
1
(1-cos
2
θ)；
[0067]
方位角度θ为激光扫平仪发射的可视激光与可视激光照射到相邻的两个光电探测单元中首先接收到激光光斑的光电探测单元之间的夹角。
[0068]
本发明根据数据处理模块处理不同相邻光电探测单元5的光强信息，可判断激光
扫平仪10处于激光扫平仪探测器组件的大致方位，具体方位角度θ则根据光电探测单元光强信息进行估算。
[0069]
如图4所示，估算扫平激光方位以及扫平激光距离时，同时可以估算扫平激光高度，具体是通过光电探测单元的标高功能，以重心法估算扫平激光高度，具体计算过程如下：
[0070]
每个光电探测单元由一列在pcb板上紧密排列的硅光电池组成，假设硅光电池的尺寸为b，硅光电池的间距为d，激光光斑尺寸为r，则可以根据重心法计算激光光斑的中心位置xc，如下式：
[0071][0072]
其中，x为硅光电池的位置坐标，为x硅光电池受激光照射产生的光电流。
[0073]
激光扫平仪10与激光扫平仪探测器组件配合使用，可使激光扫平仪10具备扫平功能的同时，对扫平激光的距离、方位、高度信息进行估算，减少施工工程中多余的测量仪器，简化了施工步骤，提升了工效。
[0074]
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。