激光投线仪进行校准的方法研究及不确定度分析

　　0　引言

　　激光投线仪是一种新型的光机电一体化仪器,它大多采用635nm激光二极管,可以在墙面上投射出可见的红色水平直线和铅垂直线,利用仪器内部的自动补偿器或长水准器手动置平可保持激光投射线的水平(或铅垂)位置。主要用于室内装饰、门窗安装、管线铺设、隧道掘进、吊垂线以及质检和工程监理等建筑施工中。这类新型仪器在原理上有别于传统仪器,所以其检定校准方法又成了一新的课题。本文就激光投线仪这类新型设备的检定校准方法进行了初步的研究。

　　1　激光投线仪发展现状及技术指标

　　激光投线仪在2000年以后市场上开始出现,近两年得到了大规模发展,高精度的投线仪主要来自进口,国内测绘仪器生产厂家也很多。综合大部分仪器其主要技术指标如表1所示。

　　将表1中精度±1mm/5m转化成角度,。

　　目前激光投线仪还没有检定规程,所以对其检校工作就按照出厂指标进行。

　　2　检校的传统方法

　　采用水准仪在室内墙面建立水平基准,采用垂球吊线作为铅垂基准。距墙面4m处安置仪器,分别测量水平激光横线、竖线与基准线间的平行误差。此种方法可以很好解决激光投线仪的检定校准问题,但也有些弊端:1)场地要求比较苛刻;2)投线仪水平比对时,其高度不容易调整;3)比对时读数比较困难,也不容易量化。

　　基于以上问题,我们设计开发了一套基于光电荷耦合器件CCD对激光投线仪进行校准的装置。经过试验,效果比较理想。

　　3　利用线阵CCD对激光投线仪进行校准的原理

　　3.1　线阵CCD位置检测的基本原理

　　线阵CCD是由几千个pn结光电二极管构成光敏元阵列,其光敏元均匀排列,现在大部分线阵CCD元件光敏元中心距采用14μm和17μm,一束激光光线经过弱化投射到线阵CCD的光敏单元面上,接收到光照的单元进行电荷积累,CCD输出如图1所示信号,然后通过二值化处理,就可以得到光束的中心位置A。

　　3.2　线阵CCD对激光投线仪进行校准的原理

　　如图2所示将4块线阵CCD和一个复合水泡固定在同一支架上,当复合水泡重合时,铅垂线经过上下2块CCD的位置读数值之差是一个恒定值H,水平线经过左右2块CCD的位置读数值之差也是一个恒定值V。H和V是通过标定后预置到计算机内的。如图3被检激光投线仪的水平(垂直)光线通过2块CCD的读数值输入计算机,其差值与H( V)的差值就代表了水平(垂直)线精度。

　　4　装置的标定

　　装置的标定与检校传统的方法相类似。但要求相对较高,具体方法如下:

　　1)首先要选择一个理想的场地,最好是空间宽大的房间,比如仓库,在里面选一面地基稳固而且墙面平整的墙。