室内图像式垂准仪校准装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911107206.3 (22)申请日 2019.11.13 (71)申请人 郑州市质量技术监督检验测试中心 地址 450000 河南省郑州市中原区文化宫 路103号院 (72)发明人 吴彦红郭宏毅李虎李浩泽 赵永红洪颂吴同敬 (74)专利代理机构 郑州科硕专利代理事务所 (普通合伙) 41157 代理人 范增哲 (51)Int.Cl. G01C 25/00(2006.01) (54)发明名称 一种室内图像式垂准仪校准装置 (57)摘要 本发明公开了一种室内图像式垂准仪校准。

2、 装置， 包括图像处理系统和工作基座， 在工作基 座上设有工作平台， 在工作平台上设有支撑框 架， 在支撑框架上固定有用于承载待校准垂准仪 的二维倾斜平台， 在工作平台旁设有与基座一体 成型设置的支撑臂， 在支撑臂上固定连接有沿竖 直方向设置的平行光管， 平行光管的物镜端向下 对准待校准垂准仪发出的向上铅垂线位置， 在平 行光管上安装有第一图像摄取装置， 第一图像摄 取装置用于对平行光管的分划板及分划板上的 成像进行图像摄取， 第一图像摄取装置与图像处 理系统信号连接； 从而实现了一种操作使用方 便、 校准速度和符合规范要求的准确度高的室内 图像式垂准仪校准装置。 权利要求书1页 说明书5页 。

3、附图7页 CN 110657823 A 2020.01.07 CN 110657823 A 1.一种室内图像式垂准仪校准装置， 其特征在于， 包括图像处理系统和工作基座， 在工 作基座上设有工作平台， 在工作平台上设有支撑框架， 在支撑框架上固定有用于承载待校 准垂准仪的二维倾斜平台， 在工作平台旁设有与基座一体成型设置的支撑臂， 在支撑臂上 固定连接有沿竖直方向设置的平行光管， 平行光管的物镜端向下对准待校准垂准仪发出的 向上铅垂线位置， 在平行光管上安装有第一图像摄取装置， 第一图像摄取装置用于对平行 光管的分划板及分划板上的成像进行图像摄取， 第一图像摄取装置与图像处理系统信号连 接。 。

4、2.根据权利要求1所述的室内图像式垂准仪校准装置， 其特征在于， 还包括光路传输系 统， 所述光路传输系统包括红色激光靶板、 可调反射镜组件、 多个转向反射镜组件， 在二维 倾斜平台及支撑框架上对应设有光线穿孔， 光线穿孔用于通过待校准垂准仪发出的向下铅 垂线， 可调反射镜组件固定在光线穿孔正下方的工作平台上。 3.根据权利要求2所述的室内图像式垂准仪校准装置， 其特征在于， 在工作平台或者支 撑框架上固定有光线接收机构， 所述光线接收机构包括可调二维基座， 在可调二维基座上 固定有透明激光靶板、 第二图像摄取装置， 其中第二图像摄取装置用于对透明激光靶板成 像进行图像摄取， 第二图像摄取装置。

5、与图像处理系统信号连接。 4.根据权利要求2所述的室内图像式垂准仪校准装置， 其特征在于， 所述可调反射镜组 件包括高度可调节的反射镜支撑架， 所述反射镜支撑架固定在光线穿孔正下方的工作平台 上， 在反射支撑架上设有倾斜度可调的反射镜支座， 在反射镜支座内固定有可调反射镜片。 5.根据权利要求4所述的室内图像式垂准仪校准装置， 其特征在于， 所述转向反射镜组 件包括移动支撑柱， 在移动支撑柱顶部设有倾斜调整机构， 所述倾斜调整机构包括支撑底 座， 在支撑底座上铰接有支撑板， 在支撑板上固定有转向反射镜片、 螺纹连接有调节螺杆， 其中调节螺杆穿过支撑板且调节螺杆的底端部顶靠在支撑底座上。 6.根。

6、据权利要求5所述的室内图像式垂准仪校准装置， 其特征在于， 所述转向反射镜组 件包括移动支撑柱， 在移动支撑柱顶部设有三维调整机构， 所述倾斜调整机构固定在三维 调整机构的顶部工作平台上， 所述转向反射镜片固定在倾斜调整机构的支撑板上。 7.根据权利要求6所述的室内图像式垂准仪校准装置， 其特征在于， 所述三维调整机构 包括剪刀式升降架， 在剪刀式升降架的顶板上设有X向滑轨， 在X向滑轨上滑动连接有滑动 板， 在滑动板底部与顶板之间设有用于带动滑动板沿X向滑动的X向丝杠螺母传动机构； 在 滑动板顶部设有Y向滑轨， 在Y向滑轨上滑动连接有顶部工作平台， 在顶部工作平台底部与 滑动板之间设有用于带。

7、动顶部工作平台沿Y向滑动的Y向丝杠螺母传动机构。 8.根据权利要求5至7任一项所述的室内图像式垂准仪校准装置， 其特征在于， 所述可 调反射镜片尺寸小于转向反射镜片尺寸。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110657823 A 2 一种室内图像式垂准仪校准装置 技术领域 0001 本发明属于仪器设备检测校准技术领域， 特别涉及一种室内图像式垂准仪校准装 置。 背景技术 0002 垂准仪是以重力线为基准， 利用与视准轴重合的可见光或激光产生一条向上和向 下的铅垂线， 用于测量相对铅垂线的微小水平偏差以及进行铅垂线的定位、 物体垂直轮廓 测量的计量仪器。 常用的垂准仪有光学垂准仪、 带激光器的光。

8、学垂准仪、 激光垂准仪和激光 自动垂准仪。 它广泛用于高层建筑、 高塔、 烟囱的施工， 发射阱、 架及大型柱形机械设备的安 装， 电梯检测， 大坝的水平位移测量， 工程监理和变形观测等场合， 为国家经济建设和军事 发展提供有力保障。 近年来， 随着国民经济的快速发展， 对垂准仪的需求越来越大， 对垂准 仪的准确度要求也越来越高， 出厂和使用过程中的垂准仪都需要校准和调校， 否则使用失 准或已经损坏的垂准仪将会使建筑工程产生巨大的安全隐患， 为此 2002 年国家质量监督 检验检疫总局出台了JJF1081-2002 垂准仪校准规范 ， 通过校准保证垂准仪的计量性能准 确度， 从而给施工建设提供一。

9、个可靠的标准。 0003 JJF1081-2002 垂准仪校准规范 规定了竖轴与望远镜视准轴的同轴度、 一测回垂 准测量偏差等参数技术要求， 并对垂准仪技术指标的校准方法进行了说明， 指出光学垂准 仪和带激光器的光学垂准仪的一测回垂准测量标准偏差按室内方法校准， 可以采用类似经 纬仪水准仪检定装置对其进行校准， 激光垂准仪的一测回垂准测量标准偏差按室外方法校 准， 但采用室外方法对激光垂准仪进行校准时存在以下问题：（1） 激光垂准仪的校准是在室 外大于40 m 的场地上进行的， 气流扰动、 空气污染、 机械振动等环境因素都对激光的稳定 性有较大影响；（2） 室外工况环境也对测量人员精确而稳定地。

10、布置和架设测量设备提出了 较高的要求， 且校准时需要两个以上的人员配合完成；（3） 校准数据需要校准人员在分度值 较大的直角坐标板上进行人工估读。 0004 中国专利， 公告号为CN104949689A， 名称为基于源头成像的激光垂准仪数字化校 准方法及装置， 本发明公开了一种基于源头成像的激光垂准仪数字化校准方法及装置， 以 分划板为投射实体， 通过增设一成像光源对分划板成像， 使分划板的像投射至无穷远处的 标靶上， 模拟无穷远的投射状态， 并与标靶上的调试基准中心进行比较校准， 根据无穷远处 的偏移状态对分划板进行调整， 相较现有技术中将无穷远处的调试基准中心投射至分划板 上的装置， 其校。

11、准精度更高， 但是还没能满足激光垂准仪的室内一测回垂准测量标准要求。 发明内容 0005 针对目前垂准仪校准方法中所存在的问题和实际操作中的困难， 本发明目的在于 提供了一种室内图像式垂准仪校准装置， 该装置操作使用方便、 校准速度和精度高， 大大提 高垂准仪的校准效率， 降低了校准工作强度， 适应了计量技术发展的要求， 具有较高的实用 价值和广阔的市场前景； 为达到上述目的所采取的技术方案是： 说明书 1/5 页 3 CN 110657823 A 3 一种室内图像式垂准仪校准装置， 包括图像处理系统和工作基座， 在工作基座上设有 工作平台， 在工作平台上设有支撑框架， 在支撑框架上固定有用于。

12、承载待校准垂准仪的二 维倾斜平台， 在工作平台旁设有与基座一体成型设置的支撑臂， 在支撑臂上固定连接有沿 竖直方向设置的平行光管， 平行光管的物镜端向下对准待校准垂准仪发出的向上铅垂线位 置， 在平行光管上安装有第一图像摄取装置， 第一图像摄取装置用于对平行光管的分划板 及分划板上的成像进行图像摄取， 第一图像摄取装置与图像处理系统信号连接。 0006 优选的， 还包括光路传输系统， 所述光路传输系统包括红色激光靶板、 可调反射镜 组件、 多个转向反射镜组件， 在二维倾斜平台及支撑框架上对应设有光线穿孔， 光线穿孔用 于通过待校准垂准仪发出的向下铅垂线， 可调反射镜组件固定在光线穿孔正下方的工。

13、作平 台上。 0007 优选的， 在工作平台或者支撑框架上固定有光线接收机构， 所述光线接收机构包 括可调二维基座， 在可调二维基座上固定有透明激光靶板、 第二图像摄取装置， 其中第二图 像摄取装置用于对透明激光靶板成像进行图像摄取， 第二图像摄取装置与图像处理系统信 号连接。 0008 优选的， 所述可调反射镜组件包括高度可调节的反射镜支撑架， 所述反射镜支撑 架固定在光线穿孔正下方的工作平台上， 在反射支撑架上设有倾斜度可调的反射镜支座， 在反射镜支座内固定有可调反射镜片。 0009 优选的， 所述转向反射镜组件包括移动支撑柱， 在移动支撑柱顶部设有倾斜调整 机构， 所述倾斜调整机构包括支。

14、撑底座， 在支撑底座上铰接有支撑板， 在支撑板上固定有转 向反射镜片、 螺纹连接有调节螺杆， 其中调节螺杆穿过支撑板且调节螺杆的底端部顶靠在 支撑底座上。 0010 优选的， 所述转向反射镜组件包括移动支撑柱， 在移动支撑柱顶部设有三维调整 机构， 所述倾斜调整机构固定在三维调整机构的顶部工作平台上， 所述转向反射镜片固定 在倾斜调整机构的支撑板上。 0011 优选的， 所述三维调整机构包括剪刀式升降架， 在剪刀式升降架的顶板上设有X向 滑轨， 在X向滑轨上滑动连接有滑动板， 在滑动板底部与顶板之间设有用于带动滑动板沿X 向滑动的X向丝杠螺母传动机构； 在滑动板顶部设有Y向滑轨， 在Y向滑轨上。

15、滑动连接有顶部 工作平台， 在顶部工作平台底部与滑动板之间设有用于带动顶部工作平台沿Y向滑动的Y向 丝杠螺母传动机构。 0012 优选的， 所述可调反射镜片尺寸小于转向反射镜片尺寸。 0013 本发明所具有的有益效果为： 本发明通过二维倾斜平台、 平行光管和第一图像摄 取装置的配合使用， 实现了向上铅垂线一类的待校准垂准仪的快速室内自动化校准， 提高 了校准效率； 同时， 通过二维倾斜平台、 可调反射镜组件、 多个转向反射镜组件和光线接收 机构的配合使用， 实现了向下铅垂线一类的待校准垂准仪的快速室内自动化校准。 0014 本校准装置所配的数据采集及处理专用软件可实现激光垂准仪激光图像的光斑 。

16、中心位置实时测量显示， 避免手动移动光栅位移装置确定光斑位置， 校准数据自动存贮及 原始记录报告输出， 共给出了垂准仪的八种参数的检测表和计算方法， 符合JJF1081-2002 垂准仪校准规范要求， 本装置可以校准的项目如下：（1） 一测回垂准测量标准偏差 （2） 管状 水准器与竖轴的垂直度 （3） 光学对点器对竖轴同轴度 （4） 竖轴与望远镜视准轴 （或激光光 说明书 2/5 页 4 CN 110657823 A 4 轴） 的同轴度 （5） 激光光轴与望远镜视准轴的同轴度 （6） 自动安平补偿器的补偿误差 （7） 自 动安平补偿器的自动安置误差， 从而实现了一种操作使用方便、 校准速度和符。

17、合规范要求 的准确度高的室内图像式垂准仪校准装置。 附图说明 0015 图1为本发明的结构示意图； 图2为可调反射镜组件的结构示意图； 图3为倾斜调整机构的结构示意图； 图4为图3的右视图； 图5为三维调整机构的结构示意图； 图6为图5的左视图； 图7为二维倾斜平台的结构示意图； 图8为图7的右视图； 图9为图8的俯视图。 具体实施方式 0016 下面结合附图对本发明进一步描述。 0017 如图1所示， 一种室内图像式垂准仪校准装置， 包括图像处理系统13和工作基座3， 在工作基座3上设有工作平台3.1， 在工作平台3.1上设有支撑框架5， 在支撑框架5上固定有 用于承载待校准垂准仪10的二维。

18、倾斜平台9， 在工作平台3.1旁设有与基座3一体成型设置 的支撑臂3.2， 在支撑臂3.2上固定连接有沿竖直方向设置的平行光管11， 平行光管11的物 镜端向下对准待校准垂准仪10发出的向上铅垂线位置， 在平行光管11上安装有第一图像摄 取装置12， 第一图像摄取装置12用于对平行光管11的分划板及分划板上的成像进行图像摄 取， 第一图像摄取装置12与图像处理系统13信号连接。 0018 进一步为了实现对向下铅垂线类型的垂准仪10校准， 还包括光路传输系统， 所述 光路传输系统包括红色激光靶板 （图中未示出） 、 可调反射镜组件4、 多个转向反射镜组件1， 在二维倾斜平台9及支撑框架5上对应设。

19、有光线穿孔9.16， 光线穿孔9.16用于通过待校准垂 准仪10发出的向下铅垂激光线， 可调反射镜组件4固定在光线穿孔9.16正下方的工作平台 3.1上。 0019 待校准垂准仪10发出的向下铅垂激光线依次经过可调反射镜组件4、 多个转向反 射镜组件1后光路长度达到要求后还需要接收并进行偏移量计算处理， 所以在工作平台3.1 或者支撑框架5上固定有光线接收机构， 所述光线接收机构包括可调二维基座6， 在可调二 维基座6上固定有透明激光靶板7、 第二图像摄取装置8， 其中第二图像摄取装置8用于对透 明激光靶板7成像进行图像摄取， 第二图像摄取装置8与图像处理系统13信号连接， 当然了 也可以通过。

20、红色激光靶板接收反射回来的光线而进行人工读取偏移量。 0020 如图2所示， 所述可调反射镜组件4包括高度可调节的反射镜支撑架4.1， 所述反射 镜支撑架4.1固定在光线穿孔9.16正下方的工作平台3.1上， 在反射支撑架4.1上设有倾斜 度可调的反射镜支座4.2， 在反射镜支座4.2内固定有可调反射镜片4.3。 0021 如图1、 图3和图4所示， 所述转向反射镜组件1包括移动支撑柱1.2， 在移动支撑柱 说明书 3/5 页 5 CN 110657823 A 5 1.2顶部设有倾斜调整机构1.1， 所述倾斜调整机构1.1包括支撑底座1.1.3， 在支撑底座 1.1.3上铰接有支撑板1.1.2。

21、， 在支撑板1.1.2上固定有转向反射镜片1.1.4、 螺纹连接有调 节螺杆1.1.1， 其中调节螺杆1.1.1穿过支撑板1.1.2且调节螺杆1.1.1的底端部顶靠在支撑 底座1.1.3上， 这样转动调节螺杆1.1.1就能够带动转向反射镜片1.1.4沿前后方向倾斜摆 动。 0022 如图1、 图3至图6所示， 所述转向反射镜组件1包括移动支撑柱1.3， 在移动支撑柱 1.3顶部设有三维调整机构2， 所述倾斜调整机构1.1固定在三维调整机构2的顶部工作平台 2.3上， 所述转向反射镜片1.1.4固定在倾斜调整机构1.1的支撑板上1.1.2。 0023 其中， 所述三维调整机构2包括剪刀式升降架2。

22、.7， 在剪刀式升降架2.7的顶板2.8 上设有X向滑轨2.4， 在X向滑轨2.4上滑动连接有滑动板2.5， 在滑动板2.5底部与顶板2.8之 间设有用于带动滑动板2.5沿X向滑动的X向丝杠螺母传动机构2.6； 在滑动板2.5顶部设有Y 向滑轨2.9， 在Y向滑轨2.9上滑动连接有顶部工作平台2.3， 在顶部工作平台2.3底部与滑动 板2.5之间设有用于带动顶部工作平台2.3沿Y向滑动的Y向丝杠螺母传动机构2.2。 0024 其中， 剪刀式升降架2.7的底座上设有剪刀支架， 剪刀支架的其中一个分支底部与 剪刀式升降架2.7的底座铰接， 另一个分支底部与剪刀式升降架2.7的底座滑动连接， 在顶 。

23、板2.8底部设有Z向丝杠螺母传动机构2.1， 在顶板2.8底部设有用于连接Z向丝杠螺母传动 机构2.1的螺杆的连接臂， Z向丝杠螺母传动机构2.1的螺杆与连接臂转动连接， 且剪刀支架 的其中一个分支顶部与Z向丝杠螺母传动机构2.1的螺杆螺纹连接， 这样在转动Z向丝杠螺 母传动机构2.1的螺杆时带动剪刀支架的两个分支合拢、 张开而进行升降动作。 0025 在光线传播时， 可调反射镜片4.3与待校准垂准仪10的位置是相对固定的， 接收光 线问题主要在于对可调反射镜片4.3倾斜角度的微调， 因此对可调反射镜片4.3的尺寸没有 较大要求； 然而转向反射镜片1.14在调整光路的过程中需要来回移动以调整合。

24、适的光路， 所以转向反射镜片1.14的尺寸要大于可调反射镜片4.3的尺寸。 0026 本具体实施例中， 二维倾斜平台9可以采用现有技术中的高精度二维倾斜仪， 也可 以进行专门设计， 如图7至图9所示， 提供了一种二维倾斜平台9， 包括支撑座9.7， 在支撑座 9.7上铰接有沿左右方向微量抬起转动的中间连接板9.8， 在中间连接板9.8上铰接有沿前 后方向微量抬起转动的顶支撑板9.9， 在顶支撑板9.9、 中间连接板9.8和支撑座9.7中心对 应位置设有光线穿孔9.16； 在支撑座9.7上设有下连接板9.5， 在中间连接板9.8上设有中连 接板9.6， 在中连接板9.6上安装有与螺旋测微器的工作。

25、原理相同的螺旋测微机构9.1， 螺旋 测微机构9.1的微分筒通过第一轴承9.2与中连接板9.6转动连接， 螺旋测微机构9.1的测微 杆9.4通过第二轴承9.3与下连接板9.5转动连接， 从而在转动微分筒时测微杆9.4的同时推 动中连接板9.6沿着左右方向进行微量转动形成标准倾斜角度； 同理在中间连接板9.8上设 有另一个中连接板9.14， 在顶支撑板9.9上安装有与螺旋测微器的工作原理相同的螺旋测 微机构9.10， 螺旋测微机构9.10的微分筒通过第三轴承9.11与顶支撑板9.9转动连接， 螺旋 测微机构9.10的测微杆9.13通过第四轴承9.12与中间连接板9.8转动连接， 从而在转动微 分。

26、筒时， 测微杆9.13转动的同时推动顶支撑板9.9沿着前后方向进行微量转动形成标准倾 斜角度； 其中螺旋测微机构与螺旋测微器的工作原理相同， 准确度可以达到0.01毫米， 转化 成倾斜角度可以达到秒级， 所以精度是比较高的。 0027 本发明在使用时，（1） 针对发出向上铅垂线一类的待校准垂准仪10进行校准时， 首 说明书 4/5 页 6 CN 110657823 A 6 先将二维倾斜平台9的顶支撑板9.9调平归零， 然后将校准垂准仪10放置在顶支撑板9.9上， 对待校准垂准仪10进行安平调整， 发出的向上铅垂线进入平行光管11并打在对平行光管11 的分划板上， 接着调整二维倾斜平台9形成符合。

27、规范要求的准确度较高的二维倾斜角度， 然 后对校准垂准仪10进行回位调整， 此过程中第一图像摄取装置12将分划板上的成像进行实 时图像摄取， 并将图像信息传输给图像处理系统13进行软件处理， 从而得出校准参数。 0028 （2） 针对发出向下铅垂线一类的待校准垂准仪10进行校准时， 首先将二维倾斜平 台9的顶支撑板9.9调平归零， 然后将校准垂准仪10放置在顶支撑板9.9上， 对待校准垂准仪 10进行安平调整， 发出的向下铅垂线竖直向下传播经过可调反射镜组件4反射出去， 再经过 多个转向反射镜组件1的来回反射作用从而延长光路， 最后进入红色激光靶板进行人工读 取偏差量的变化、 或者进入透明激光。

28、靶板7通过第二图像摄取装置8将透明激光靶板7的成 像进行实时图像摄取， 并将图像信息传输给图像处理系统13进行软件处理， 然后调整二维 倾斜平台9形成符合规范要求的准确度较高的二维倾斜角度， 对校准垂准仪10进行回位调 整， 从而得出校准参数。 0029 最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制； 尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换， 但这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和 范围。 说明书 5/5 页 7 CN 110657823 A 7 图1 说明书附图 1/7 页 8 CN 110657823 A 8 图2 图3 说明书附图 2/7 页 9 CN 110657823 A 9 图4 说明书附图 3/7 页 10 CN 110657823 A 10 图5 说明书附图 4/7 页 11 CN 110657823 A 11 图6 说明书附图 5/7 页 12 CN 110657823 A 12 图7 图8 说明书附图 6/7 页 13 CN 110657823 A 13 图9 说明书附图 7/7 页 14 CN 110657823 A 14 。