激光標線儀校準裝置測試方法研究

張超 張改革

摘 要：激光標線儀是一種能提供自動安平的全空間三維激光線的裝置。其精度直接影響測量質量。因此，保證激光標線儀的精度尤為重要。但目前，國內還沒有成熟的校準裝置。由此，本文研制了一款激光標線儀校準裝置，并分析了其水平線示值誤差和垂直線示值誤差校準準確度的測試方法。

關鍵詞：激光標線儀;校準裝置;測試方法

中圖分類號：TH703 文獻標識碼：A 文章編號：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

激光標線儀又被稱為激光投線儀或激光水準儀，其可以在工作距離內投射出水平和鉛錘激光線，為其他工作提供參考基準，現已廣泛用于建筑裝飾、機械加工、夾具制作等領域。作為基準類儀器，激光標線儀的精度在整個測量中占有至關重要的地位。因此，在出廠前和使用過程中需要對每臺激光標線儀進行校準，但國內目前還沒有相應的激光標線儀國家標準和檢定規程，也沒有成熟的校準裝置。因此，本文研制了一款激光標線儀校準裝置，其能大大提高激光標線儀的校準速度和校準精度。

1 激光標線儀校準裝置的結構

激光標線儀校準裝置由水平線誤差校準部分和垂直線誤差校準部分組成，采用圖像處理技術和圓分度測量技術實現各項誤差校準，其結構如圖1所示。

水平線誤差校準部分由立式多齒分度臺、臥式多齒分度合、自準直光管、工業相機和儀器支撐座等部分組成。校準時，將激光標線儀固定在立式多齒分度臺上，通過立式多齒分度臺的轉動，與平行光管一起構成任意角度水平方向無窮遠目標;同樣，通過臥式多齒分度臺的轉動，也能構成任意角度豎直方向無窮遠目標[1-3]。在光管測微目鏡處安裝工業相機及相應光學鏡頭接口裝置，通過工業相機接收激光標線儀發射的激光瞄準線，并與計算機相連，可實現自動化控制并采集數據，實現激光標線儀水平線誤差、正交線誤差的校準。

在水平線誤差校準部分旁邊4～6m位置的豎直方向設置一圓桿，并在圓桿上安裝標準鉛垂線（線寬0.3mm）、上中下三個工業相機及接收屏，組成垂直線誤差校準部分。校準時，將激光標線儀安裝在立式多齒分度臺上，三個工業相機分別采集激光標線儀發出的豎直激光線和標準鉛垂線的圖像。圖像采集器連接數據采集器，并與計算機連接，通過計算機軟件可捕捉激光線和標準鉛垂線的偏差變化量，實現激光標線儀垂直線誤差的校準。

2 裝置水平線示值誤差校準準確度的測試方法

選取一臺經校準后[i]角誤差小于3″的水準儀作為參比標準，按照圖2所示擺放。兩水準標尺間距10m。水準儀先后讀取瞄準水準標尺1與水準標尺2的標尺讀數[a1]和[a2]，得到標準水平線角度值[A標]為：

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

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第14期_103928＼Image＼image1_2.png>

圖1 激光標線儀校準裝置結構組成

注：1.圓桿;2.標準鉛垂線;3—5.工業相機及接收屏;6.裝置底座;7.升降手柄;8.升降絲桿;9.立式多齒分度臺;10.臥式多齒分度臺;11.準直儀光管;12.工業相機;13.激光標線儀。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第14期_103928＼Image＼image7_2.png>[水準儀][水準儀尺1][水準儀尺2]

圖2 裝置水平線示值誤差校準準確度測試示意圖

再將一臺激光標線儀放置在原水準儀位置處，打開激光線，分別在水準標尺1與水準標尺2上讀取激光線在標尺上位置得[a3]與[a4]，則該標線儀水平線示值誤差[A測1]為：

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

則以水準儀為標準測得的該激光標線儀水平線示值誤差[B1]為：

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

然后利用激光標線儀校準裝置測得標線儀水平線示值誤差為B2。

則該激光標線儀校準裝置的水平線示值誤差校準準確度[C1]為：

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

3 裝置垂直線示值誤差校準準確度的測試方法

選用一臺2″電子經緯儀，按照圖3所示放置，其中的墻面高3m以上。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第14期_103928＼Image＼image16.png>[白色墻面][經緯儀][標準儀]

圖3 裝置垂直線示值誤差校準準確度測試示意圖

開啟激光標線儀垂直線激光，利用電子經緯儀瞄準激光線上下間距3m處測得激光線偏差為[B3]，再利用激光標線儀校準裝置測得激光標線儀垂線示值誤差為[B4]，則該激光標線儀校準裝置的垂直線示值誤差校準準確度[C2]為：

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

4 結語

激光標線儀校準裝置采用圖像處理技術和圓分度測量技術實現激光標線儀各項誤差的校準，激光標線儀水平線、正交線校準精確到為±12″，垂直線校準平均精度達到±0.3mm/5m，大大提高了激光標線儀的校準速度和校準準確性。

參考文獻：

[1]霍曉飛，王建敏，梁雅軍.激光標線儀校準方法研究[J].宇航計測技術，2013（6）：13-16.

[2]姚興宇，曹笑宇.激光標線儀原理與檢測方法[J].中國計量，2012（7）：35-38.

[3]周昌鶴，曹正東.激光標線儀原理探討[J].物理與工程，2007（5）：29-30.