激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置測(cè)試方法研究

張超 張改革

摘 要：激光標(biāo)線儀是一種能提供自動(dòng)安平的全空間三維激光線的裝置。其精度直接影響測(cè)量質(zhì)量。因此，保證激光標(biāo)線儀的精度尤為重要。但目前，國(guó)內(nèi)還沒有成熟的校準(zhǔn)裝置。由此，本文研制了一款激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置，并分析了其水平線示值誤差和垂直線示值誤差校準(zhǔn)準(zhǔn)確度的測(cè)試方法。

關(guān)鍵詞：激光標(biāo)線儀;校準(zhǔn)裝置;測(cè)試方法

中圖分類號(hào)：TH703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）14-0072-02

Study on the Test Method of Calibration Device of Laser Calibration Device

ZHANG Chao1 ZHANG Gaige2

（1.Luoyang Quality Technology Supervision and Testing Center，Luoyang Henan 471000;2.Xuchang Quality Technology Supervision and Testing Center，Xuchang Henan 461000）

Abstract： Laser marker is a device that can provide automatic level of all-space three-dimensional laser lines. Its accuracy directly affects the quality of measurement. Therefore， it is particularly important to ensure the accuracy of laser marking instrument. But at present， there is no mature calibration device in China. In this paper， a calibration device for laser marker was developed， and the test methods for the calibration accuracy of horizontal and vertical line indication errors were analyzed.

Keywords： laser marker;calibration device;test method

激光標(biāo)線儀又被稱為激光投線儀或激光水準(zhǔn)儀，其可以在工作距離內(nèi)投射出水平和鉛錘激光線，為其他工作提供參考基準(zhǔn)，現(xiàn)已廣泛用于建筑裝飾、機(jī)械加工、夾具制作等領(lǐng)域。作為基準(zhǔn)類儀器，激光標(biāo)線儀的精度在整個(gè)測(cè)量中占有至關(guān)重要的地位。因此，在出廠前和使用過(guò)程中需要對(duì)每臺(tái)激光標(biāo)線儀進(jìn)行校準(zhǔn)，但國(guó)內(nèi)目前還沒有相應(yīng)的激光標(biāo)線儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程，也沒有成熟的校準(zhǔn)裝置。因此，本文研制了一款激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置，其能大大提高激光標(biāo)線儀的校準(zhǔn)速度和校準(zhǔn)精度。

1 激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)

激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置由水平線誤差校準(zhǔn)部分和垂直線誤差校準(zhǔn)部分組成，采用圖像處理技術(shù)和圓分度測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)誤差校準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

水平線誤差校準(zhǔn)部分由立式多齒分度臺(tái)、臥式多齒分度合、自準(zhǔn)直光管、工業(yè)相機(jī)和儀器支撐座等部分組成。校準(zhǔn)時(shí)，將激光標(biāo)線儀固定在立式多齒分度臺(tái)上，通過(guò)立式多齒分度臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，與平行光管一起構(gòu)成任意角度水平方向無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo);同樣，通過(guò)臥式多齒分度臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，也能構(gòu)成任意角度豎直方向無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)[1-3]。在光管測(cè)微目鏡處安裝工業(yè)相機(jī)及相應(yīng)光學(xué)鏡頭接口裝置，通過(guò)工業(yè)相機(jī)接收激光標(biāo)線儀發(fā)射的激光瞄準(zhǔn)線，并與計(jì)算機(jī)相連，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制并采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)激光標(biāo)線儀水平線誤差、正交線誤差的校準(zhǔn)。

在水平線誤差校準(zhǔn)部分旁邊4～6m位置的豎直方向設(shè)置一圓桿，并在圓桿上安裝標(biāo)準(zhǔn)鉛垂線（線寬0.3mm）、上中下三個(gè)工業(yè)相機(jī)及接收屏，組成垂直線誤差校準(zhǔn)部分。校準(zhǔn)時(shí)，將激光標(biāo)線儀安裝在立式多齒分度臺(tái)上，三個(gè)工業(yè)相機(jī)分別采集激光標(biāo)線儀發(fā)出的豎直激光線和標(biāo)準(zhǔn)鉛垂線的圖像。圖像采集器連接數(shù)據(jù)采集器，并與計(jì)算機(jī)連接，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件可捕捉激光線和標(biāo)準(zhǔn)鉛垂線的偏差變化量，實(shí)現(xiàn)激光標(biāo)線儀垂直線誤差的校準(zhǔn)。

2 裝置水平線示值誤差校準(zhǔn)準(zhǔn)確度的測(cè)試方法

選取一臺(tái)經(jīng)校準(zhǔn)后[i]角誤差小于3″的水準(zhǔn)儀作為參比標(biāo)準(zhǔn)，按照?qǐng)D2所示擺放。兩水準(zhǔn)標(biāo)尺間距10m。水準(zhǔn)儀先后讀取瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺1與水準(zhǔn)標(biāo)尺2的標(biāo)尺讀數(shù)[a1]和[a2]，得到標(biāo)準(zhǔn)水平線角度值[A標(biāo)]為：

[A標(biāo)=a2-a1/L×2000 00″] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)）2019年第14期_103928＼Image＼image1_2.png>

圖1 激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)組成

注：1.圓桿;2.標(biāo)準(zhǔn)鉛垂線;3—5.工業(yè)相機(jī)及接收屏;6.裝置底座;7.升降手柄;8.升降絲桿;9.立式多齒分度臺(tái);10.臥式多齒分度臺(tái);11.準(zhǔn)直儀光管;12.工業(yè)相機(jī);13.激光標(biāo)線儀。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)）2019年第14期_103928＼Image＼image7_2.png>[水準(zhǔn)儀][水準(zhǔn)儀尺1][水準(zhǔn)儀尺2]

圖2 裝置水平線示值誤差校準(zhǔn)準(zhǔn)確度測(cè)試示意圖

再將一臺(tái)激光標(biāo)線儀放置在原水準(zhǔn)儀位置處，打開激光線，分別在水準(zhǔn)標(biāo)尺1與水準(zhǔn)標(biāo)尺2上讀取激光線在標(biāo)尺上位置得[a3]與[a4]，則該標(biāo)線儀水平線示值誤差[A測(cè)1]為：

[A測(cè)1=a4-a3/L×2000 00″] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

則以水準(zhǔn)儀為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得的該激光標(biāo)線儀水平線示值誤差[B1]為：

[B1=A測(cè)1-A標(biāo)] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

然后利用激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置測(cè)得標(biāo)線儀水平線示值誤差為B2。

則該激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置的水平線示值誤差校準(zhǔn)準(zhǔn)確度[C1]為：

[C1=B2-B1] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

3 裝置垂直線示值誤差校準(zhǔn)準(zhǔn)確度的測(cè)試方法

選用一臺(tái)2″電子經(jīng)緯儀，按照?qǐng)D3所示放置，其中的墻面高3m以上。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)）2019年第14期_103928＼Image＼image16.png>[白色墻面][經(jīng)緯儀][標(biāo)準(zhǔn)儀]

圖3 裝置垂直線示值誤差校準(zhǔn)準(zhǔn)確度測(cè)試示意圖

開啟激光標(biāo)線儀垂直線激光，利用電子經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)激光線上下間距3m處測(cè)得激光線偏差為[B3]，再利用激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置測(cè)得激光標(biāo)線儀垂線示值誤差為[B4]，則該激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置的垂直線示值誤差校準(zhǔn)準(zhǔn)確度[C2]為：

[C2=B4-B3] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

4 結(jié)語(yǔ)

激光標(biāo)線儀校準(zhǔn)裝置采用圖像處理技術(shù)和圓分度測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)激光標(biāo)線儀各項(xiàng)誤差的校準(zhǔn)，激光標(biāo)線儀水平線、正交線校準(zhǔn)精確到為±12″，垂直線校準(zhǔn)平均精度達(dá)到±0.3mm/5m，大大提高了激光標(biāo)線儀的校準(zhǔn)速度和校準(zhǔn)準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

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