一种便携式光轴检测仪及其方法
技术领域
本发明涉及一种检测仪,具体涉及一种便携式光轴检测仪及其方法。
背景技术
远距离激光测距系统以及激光雷达系统等,都是利用发射激光照射到目标表面,采取大口径接收镜头收集反射回来的光信号,并且会聚在高灵敏度的APD光电探测器上,进行光信号到电信号的转换,通过对发射和接收时间差的测量,进行测距、测速和目标的识别等,在投入正式使用之前,通常会进行高精度的同轴度检测,目的是让瞄准光轴、发射光轴与接收光轴保持高精度同轴,这也是激光测距系统以及激光雷达系统高精度的重要保障。
目前对机械轴、发射镜头以及接收镜头进行同轴度检测的方法有两种:一、使用利用大口径聚焦透镜与CCD相机对发射与接收光轴进行焦点位置标定,通过对比标定位置,对发射与接收系统进行光轴的调节,使其位置一致,进行同轴度检测。二、利用大口径离焦凹面反射镜与CCD相机对发射与接收光轴进行焦点位置标定,通过对比标定位置,对发射与接收系统进行光轴的调节,使其位置一致,进行同轴度检测;
激光测距系统和激光雷达系统都是具有激光光源作为发射光源的高精度仪器。第一种方法中使用的大口径聚焦透镜一般需要口径做到200mm,而这种透镜由于加工工艺难度非常大,导致其造价昂贵,会使生产成本增加,从而降低了产品的价格竞争力;第二种方法中虽然用离焦的凹面反射镜代替了大口径的聚焦透镜,其成本降低了一些,但是由于其非常厚重,不方便携带外出,一旦激光测距系统或激光雷达系统在工作的环境下出现的问题涉及到发射与接收系统,若采用此种方法则无法在野外恶劣条件下重新校轴,必须送回军区或生产厂家进行维修,非常影响工作效率。所以本领域的技术人员亟待解决光轴检测成本高,检测仪器过于笨重,不方便携带外出,导致工作效率低等问题。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题,本申请提供一种便携式光轴检测仪及其方法。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
一种便携式光轴检测仪,其改进之处在于,所述检测仪包括设置在可调节底座24上的第一转向棱镜9、第二转向棱镜12、消色差镜组19、分光棱镜20、CCD相机21、遮光套筒22、可见光光源23和水平仪25;
所述第一转向棱镜9、第二转向棱镜12、消色差镜组19与分光棱镜20和CCD相机21同轴设置;所述分光棱镜20、遮光套筒22和可见光光源23同轴设置。
进一步地,所述第一转向棱镜9包括第一转向棱镜分光部分10和第一转向棱镜反射部分;所述第二转向棱镜12包括第二转向棱镜反射部分13和第二转向棱镜分光部分14。
进一步地,所述检测仪前端设有平面反射镜18;所述平面反射镜18位于所述第一转向棱镜9前端,与所述第一转向棱镜9、第二转向棱镜12、消色差镜组19与分光棱镜20和CCD相机21同轴设置。
进一步地,将可见光光源23打开,调节第一转向棱镜9的俯仰与方位角使光源的两个光斑重合在CCD相机21中心的位置,并微调可见光光源23与CCD相机21的位置;校准光轴检测仪的第二转向棱镜12,将平面反射镜18正对第二转向棱镜12,摆放角度与光轴成90度,将可见光光源23打开,调节第二转向棱镜12的俯仰与方位角使光源的两个光斑重合在CCD相机21中心位置。
进一步地,所述检测仪前端设有激光测距机;所述激光测距机包括同轴设置的激光器2和发射镜组3,同轴设置的APD光电探测器6、包含深度截止滤光片5的回光接收镜组4,同轴设置包含视场光阑8的目标瞄准镜组7,和用于激光测距机接收系统光轴检测的可移动模拟光源26和金属挡板27。
进一步地,所述检测仪前端与激光测距机之间设有衰减器15,所述衰减器15包括与光轴成45度放置的衰减片17和与防止激光被反射出光路的挡光板16。
进一步地,对瞄准光轴校轴,将激光测距机的目标瞄准镜组7、发射镜组3、回光接收镜组4对准光轴检测仪,打开可见光光源23,可在目标瞄准镜组7一端观察到亮点,调节瞄准镜使亮点清晰位于十字丝的中心,锁紧瞄准镜,关闭可见光光源23。
进一步地,对发射光轴校轴,打开激光器2,激光经由发射镜组3入射到衰减片17,衰减片17与发射光轴成45度放置,一部分光反射到挡光板16上,另一部分光进入第二转向棱镜12,调节发射镜组3的俯仰与方位角,使激光会聚到CCD相机21的接收面上,标定位置,并保存位置信息。
进一步地,对接收光轴校轴,模拟光源26安装在金属挡板27上,金属板在一侧挡住模拟光源26,一侧发光,将模拟光源26通过回光接收镜组4下方开口放入,打开模拟光源26,模拟光源26发出与激光器2波长相同的光射向APD光电探测器6接收表面,通过APD光电探测器6接收表面反射进入回光接收镜组4,通过消色差镜组19和分光棱镜20聚焦到CCD相机21的接收面上,调节回光接收镜组4的俯仰以及方位角使光斑与之前标定好的发射激光光斑位置一致,调节好后将回光接收镜组4锁紧,光轴校准完成。
本发明还提供一种便携式光轴检测方法,其改进之处在于,所述方法包括
调节校准光轴检测仪精度,使可见光光源23与CCD相机21的接收平面在消色差镜组19焦平面位置;
将激光测距机对准光轴检测仪,微调目标瞄准镜组7,将可见光光斑成像于目标瞄准镜组中心,微调发射镜组3与回光接收镜组4的俯仰以及方位角将激光测距机的发射与接收光轴进行校准;具体为,将激光测距机对准光轴检测仪,目标瞄准镜组7观察可见光光源23是否在十字丝中心位置,若在则激光测距机机械轴与目标瞄准镜组7同轴,再利用转向棱镜将通过发射镜组3和回光接收镜组4的光折反射都进入消色差镜组19,聚焦照射到CCD相机21,这样不需要移动激光测距机,也不需要移动CCD相机21,只需要微调发射镜组3与回光接收镜组4的俯仰以及方位角即可将激光测距机的发射与接收光轴进行校准。
利用观察可见光光斑、标定发射与接收光斑在同一个CCD相机21中的位置,微调目标瞄准镜组7、发射镜组3以及回光接收镜组4的俯仰与方位角,保证目标瞄准光轴、激光发射光轴与回光信号接收光轴的一致性。
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。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有的优异效果是:
本发明便携式光轴检测仪具有体积小,重量轻,方便野外作业,操作简单等优点,可以随时对激光测距系统或激光雷达系统的光学系统进行光轴同轴度的调校,在野外恶劣条件下也可以完成目标瞄准轴、激光发射光轴、激光接收光轴的一致性校准工作。
本发明中的光轴检测仪没有采用大口径的凹面离焦反射镜与大口径的聚焦接收透镜,所以重量相对较轻,体积较小,可以将所有的元器件集中在500mm内,克服了不方便携带的不足,方便野外作业,操作简单,它可以随时对激光测距系统或激光雷达系统的光学系统进行光轴同轴度的调校,在野外恶劣条件下也可以完成目标瞄准轴、激光发射光轴、激光接收光轴的一致性校准工作,大大提高了工作效率。
采用激光二极管代替发射系统的激光作为光源,这样做会减少由于操作不当、忘记加衰减片或其他原因,而造成接收系统进行同轴度检测时APD光电探测装置的损伤,由于APD光电探测器6价格昂贵,这样做保证了APD光电探测器6的安全,从而节省成本,提高产品的价格竞争力。
采用接收表面带有反射的APD光电探测装置,将激光二极管摆放在APD光电探测器6前端处,由于其接收表面的反射特性,将激光二极管接通电源使其发光,APD光电探测器6接收表面可以将光束反射进入接收系统以及光轴检测系统,此方法不需要先将模拟光源放在APD位置,再进行APD的安装,便能很好的保证同轴度检测的精度,提高产品性能的竞争力。
为了上述以及相关的目的,下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面,并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显,所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本发明提供的便携式光轴检测仪结构示意图。
图2是本发明提供的便携式光轴检测仪的自校准结构示意图。
图3是本发明提供的便携式光轴检测仪中的的激光衰减器结构示意图。
图4是本发明提供的激光测距机光轴校准结构示意图。
图中:1.激光测距机光学系统、2.激光器、3.发射镜组、4.回光接收镜组、5.深度截止滤光片、6.APD光电探测器、7.目标瞄准镜组、8.视场光阑、9.第一转向棱镜、10.第一转向棱镜分光部分、11.第一转向棱镜反射部分、12.第二转向棱镜、13.第二转向棱镜反射部分、14.第二转向棱镜分光部分、15.衰减器、16.挡光板、17.衰减片、18.平面反射镜、19.消色差镜组、20.分光棱镜、21.CCD相机、22.遮光套筒、23.可见光光源、24.可调节底座、25.水平仪、26.模拟光源、27、金属挡板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地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,否则单独的组件和功能是可选的,并且操作的顺序可以变化。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。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围,以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中,本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示,这仅仅是为了方便,并且如果事实上公开了超过一个的发明,不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
如图1所示,本发明提供的一种便携式光轴检测仪,包括可调节底座24、水平仪25、第一转向棱镜9、第二转向棱镜12、消色差镜组19、分光棱镜20、可见光光源23和CCD相机21,除了可调节底座24与水平仪25,其他的元器件都需同轴设置,所述第一转向棱镜9、第二转向棱镜12、消色差镜组19与分光棱镜20和CCD相机21同轴设置;所述分光棱镜20、遮光套筒22和可见光光源23同轴设置。
其中,所述可调节底座24上装有水平仪25,第一转向棱镜9的装夹工具可以调节其俯仰与方位角,第二转向棱镜12的装夹工具可以调节其俯仰与方位角,消色差镜组19是一组可以消除各种色差的透镜组合成,并且将波长1064nm的激光会聚到焦平面上,可见光光源23开关可控,安装在可移动的遮光套筒22内,前面设有小孔光阑,CCD相机21的位置可以前后精确调节。
如图2所示,所述检测仪前端设有平面反射镜18;所述平面反射镜18位于所述第一转向棱镜9前端,与所述第一转向棱镜9、第二转向棱镜12、消色差镜组19与分光棱镜20和CCD相机21同轴设置;所述分光棱镜20、遮光套筒22和可见光光源23同轴设置;校准光轴检测仪自身光路,可调节底座24,使水平仪25保持水平。平面反射镜18和可见光光源23分别设置在移动机构上,进行光轴校准时需要时移动到光路中,校准完毕后移动到光路外。
首先校准光轴检测仪的第一转向棱镜9,将可见光光源23打开,则在CCD相机21接收显示屏上会显示有两个光斑,调节第一转向棱镜9的俯仰与方位角使其两个光斑重合在CCD相机21中心的位置,并微调可见光光源23与CCD相机21的位置使光斑最小,此时既保证了第一转向棱镜9与光轴垂直,又保证了可见光光源23与CCD相机21接收平面在焦平面的位置。再校准光轴检测仪的第二转向棱镜12,其中第二转向棱镜12位于第一转向棱镜9之后,将平面反射镜18正对第二转向棱镜12,摆放角度与光轴成90度,将可见光光源23打开,若光线不是垂直入射到平面反射镜18,则此时在CCD相机21接收显示屏上会显示有两个光斑,调节第二转向棱镜12的俯仰与方位角使两个光斑重合在CCD相机21中心位置即可,这样光轴检测仪校准完成,保证了光轴检测仪的三个光轴的一致性。
如图3所示,第一转向棱镜9包括第一转向棱镜分光部分10与第一转向棱镜反射部分11,第二转向棱镜12包括第二转向棱镜反射部分13与第二转向棱镜分光部分14。
如图4所示,所述检测仪前端设有激光测距机;所述激光测距机包括同轴设置波长1064nm的激光器2和发射镜组3,同轴设置的APD光电探测器6、包含深度截止滤光片5的回光接收镜组4,同轴设置包含视场光阑8的目标瞄准镜组7,和用于激光测距机接收系统光轴检测的可移动模拟光源26和金属挡板27。其中,APD光电探测器6带有反光面,目标瞄准镜组7带有十字丝分划板,用于瞄准目标;模拟光源26为与激光器2波长相同的波长为1064nm的激光二极管,并且开关可控,安装在金属挡板27上。模拟光源26以及金属挡板27分别设置在移动机构上,进行光轴校准时需要时移动到光路中,校准完毕后移动到光路外。
所述检测仪前端与激光测距机之间设有衰减器15,衰减器15用来衰减激光测距机发射镜头发出的激光,使进入光轴检测仪的激光不至于损伤光轴检测仪内的元器件,衰减片17表面与发射轴成45度,挡光板16用来遮挡衰减片17反射的激光。其中,挡光板16为黑色处理的金属板,与发射光轴平行。
激光测距机光轴校准方式为:对瞄准光轴校轴,将激光测距机的目标瞄准镜组7、发射镜组3、回光接收镜组4对准光轴检测仪,打开可见光光源23,可在目标瞄准镜组7另一端会观察到亮点,调节瞄准镜使亮点清晰位于十字丝的中心,锁紧瞄准镜,关闭可见光光源23。再对发射光轴校轴,确保衰减片17与挡光板16已在光路中摆放好;打开激光器2,由激光器2发射激光信号,激光经由发射镜组3入射到衰减片17,由于衰减片17与发射光轴成45度放置,一部分光反射到挡光板16上,另一部分光进入第二转向棱镜12,调节发射镜组3的俯仰与方位角,使激光会聚到CCD相机21的接收面上,标定位置,并保存位置信息。最后对接收光轴校轴,模拟光源26安装在金属挡板27上,金属板在一侧挡住模拟光源26,只有一侧可以发光,以免模拟光源26的光直接通过回光接收镜组4进入光轴检测系统。将模拟光源26通过回光接收镜组4下方开口放入,打开模拟光源26,模拟光源26发出与激光器2波长相同的光射向APD光电探测器6接收表面,通过APD光电探测器6接收表面反射进入回光接收镜组4,通过消色差镜组19和分光棱镜20聚焦到CCD相机21的接收面上,调节回光接收镜组4的俯仰以及方位角使光斑与之前标定好的发射激光光斑位置一致,调节好后将回光接收镜组4锁紧,光轴校准完成。这样便保证瞄准光轴、发射光轴与接收光轴保持了很好的同轴度。
其中,发射镜组3与回光接收镜组4俯仰角和方位角可调并可以锁紧在测距机机壳上,并且回光接收镜组4镜筒下侧开有小孔。
本发明还提供一种便携式光轴检测方法,包含以下步骤:
1)校准光轴检测仪的第一转向棱镜9,通过调节将光轴检测仪底座调整至水平仪25保持水平,将平面反射镜18放在回光接收镜组4与目标瞄准镜组7前的转向棱镜的正前方,与光轴成90度设置,将可见光光源23打开,光通过小孔光阑进入分光棱镜20,再通过消色差镜组19进入第二转向棱镜12与第一转向棱镜9,经过第一转向棱镜9以后,光被分为两束照射到平面反射镜18上,若光线不是垂直入射到平面反射镜18上,则在CCD相机21接收显示屏上会显示有两个光斑,调节第一转向棱镜9的俯仰与方位角使其两个光斑重合在CCD相机21中心的位置,并微调可见光光源23与CCD相机21的位置使光斑最小,此时既保证了第一转向棱镜9与光轴垂直,又保证了可见光光源23与CCD相机21接收平面在焦平面的位置。
2)校准光轴检测仪的第二转向棱镜12,其中第二转向棱镜12位于第一转向棱镜9之后,将平面反射镜18放到正对第二转向棱镜12,摆放角度与发射光轴成90度,将可见光光源23打开,光通过小孔光阑进入分光棱镜20,再通过消色差镜组19进入第二转向棱镜12,光被分为两束照射到平面反射镜18上,若光线不是垂直入射到平面反射镜18,则此时在CCD相机21接收显示屏上会显示有两个光斑,调节第二转向棱镜12的俯仰与方位角使两个光斑重合在CCD相机21中心位置即可,这样光轴检测仪校准完成,保证了光轴检测仪的三个光轴的一致性。
3)对瞄准光轴校轴,将激光测距机的目标瞄准镜组7、发射镜组3、回光接收镜组4对准光轴检测仪,打开可见光光源23,可见光光源23由于在消色差镜组19的焦平面,所以经过消色差镜组19后变为平行光,进入第二转向棱镜12,通过第二转向棱镜12的分光面进入第一转向棱镜9,通过第一转向棱镜9的分光面,一部分光被90度反射到第一转向棱镜9的反射面再经过90度反射进入目标瞄准镜组7,在瞄准镜另一端会观察到亮点,调节瞄准镜使亮点清晰位于十字丝的中心,锁紧瞄准镜,关闭可见光光源23。
4)对发射光轴校轴,确保衰减器15中的衰减片17与挡光板16已在光路中摆放好,打开激光器2,激光经由发射镜组3入射到衰减器15,由于衰减片17与发射光轴成45度放置,一部分光反射到挡光板16上,另一部分光进入第二转向棱镜12,入射到第二转向棱镜12的反射面,被反射到第二转向棱镜12的分光面,在分光面上被反射到消色差镜组19内,通过消色差镜组19与分光棱镜20,调节发射镜组3的俯仰与方位角,使激光会聚到CCD相机21的接收面上,标定位置,并保存位置信息。
5)对接收光轴校轴,模拟光源26安装在金属挡板27上,金属板在一侧挡住模拟光源26,只有一侧可以发光,以免模拟光源26的光直接通过回光接收镜组4进入光轴检测系统。将模拟光源26通过回光接收镜组4下方开口放入,打开模拟光源26,模拟光源26发出与激光器2波长相同的光射向APD光电探测器6接收表面,通过APD光电探测器6接收表面反射进入回光接收镜组4,通过回光接收镜组4进入第一转向棱镜9的分光面,通过第一转向棱镜9的分光面进入第二转向棱镜12的分光面,通过第二转向棱镜12的分光面进入消色差镜组19,通过消色差镜组19和分光棱镜20聚焦到CCD相机21的接收面上,调节回光接收镜组4的俯仰以及方位角使光斑与之前标定好的发射激光光斑位置一致,调节好后将回光接收镜组4锁紧,光轴校准完成。
在上述的详细描述中,各种特征一起组合在单个的实施方案中,以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图,即,所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反,如所附的权利要求书所反映的那样,本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此,所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中,其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。