CN109373935A - 激光多点双准直测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光多点双准直测量方法，主要硬件包括：多个点激光发生器、分光棱镜、准直组合透镜Ⅰ、准直组合透镜Ⅱ、CCD光信号传感器、反射镜面、计算机信号采集处理和显示系统、数据线、双反射镜折光系统；主要软件包括：数字信号处理及结果输出软件。测量原理：多点激光器发射光线源于准直组合透镜Ⅰ的焦点上，激光线通过分光棱镜转角90°射出，通过准直组合透镜Ⅰ，反射镜面反射，再次通过准直组合透镜Ⅰ、分光棱镜、准直组合透镜Ⅱ，形成多条平行激光线投射到CCD光信号传感器上，再通过计算机对信号数据采集和数据处理形成测量结果输出。本测量方法可以实现长距离平面度、平行度、相对位置角度的高精度测量，本测量方法对反射镜面的反射率要求低，对工业现场测量环境要求低。

Description

激光多点双准直测量方法

技术领域

本发明涉及激光测量技术领域，特别涉及多点激光准直测量装置及双准直测量方法。

背景技术

自准直测量技术对被测件的平面度、平行度、相对位置偏转角度的测量有较广的应用，该类型光学仪器通常采用LED光为点光源，通过毛玻璃、滤光片、反射镜等光学系统，采用CCD或其他光敏元件接收反射镜的反射光信号，并对该信号进行处理，形成测量结果。该结构技术在空气扰动，测量距离长的情况下，测量数据不稳定。有改型的以激光为点光源的该类仪器系统，能够实现较长距离的测量，但是，测量的精度和稳定性难以进一步提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出的激光多点双准直测量方法及其结构形式。

为实现上述目的，本发明提供多个激光点光源结构形式，并采用双准直的方法，对反射面反射回来的光信号再进行准直输出，使得CCD光信号传感器表面能够接收到多个激光器发射出的激光信号，并通过计算机编程进行信号处理。

多个激光器是指2个或2个以上的激光器，通常采用奇数个数。为了提高测量精度，同时减少数据处理的难度，通常采用3个激光器在空间均匀布置。设计一个激光器安装调试机械结构装置，使得激光器发射光线能够更加精准的源于准直组合透镜Ⅰ的焦点上，多条激光线通过准直组合透镜Ⅰ后，能够无限接近平行光射出。

准直组合透镜Ⅰ的焦距在500mm至1200mm范围，针对不同的测量精度和测量范围要求，可以灵活的进行设计。

准直组合透镜Ⅱ的焦距在50mm至200mm范围，针对不同的测量精度和测量范围要求，可以灵活的进行设计。

为了使得测量设备外形尺寸尽量的小，可缩小分光棱镜至准直组合透镜Ⅰ这段光线的空间距离，采用安装与主光轴成一定角度的双平面反射镜折光系统。

本测量方法采用CCD传感器像素相对亮度进行数字图像软件处理，采集多点光信号，通过分析软件计算多点光信号的几何中心，多点光信号几何中心相对CCD传感器的设定中心的相对位置，通过软件计算出多点光信号几何中心与CCD传感器的设定中心在水平轴及垂直轴的相对位移，结合准直组合透镜Ⅰ的焦距、准直组合透镜Ⅱ的焦距参数，计算出被测件的平面度、平行度、相对位置偏转角度等值。

附图说明

图1为本发明测量方法光学系统结构示意图

其中附图标记具有如下含义：

准直组合透镜Ⅰ焦点位置A、激光发生器⑴、分光棱镜⑵、准直组合透镜Ⅰ⑶、反射镜面⑷、准直组合透镜Ⅱ⑸、CCD光信号传感器⑹、计算机信号采集处理和显示系统⑺、数据线⑽。

图2为本发明多点激光器(3个激光器)安装调试机械结构装置设计示意图

其中附图标记具有如下含义：

激光器安装调试机械结构装置a、激光发生器b、激光器调节及至紧固定螺钉孔c

图3为本发明为了减小设备外形尺寸的双平面反射镜折光系统设计结构示意图

其中附图标记具有如下含义：

准直组合透镜Ⅰ焦点位置A、激光发生器⑴、分光棱镜⑵、准直组合透镜Ⅰ⑶、反射镜面⑷、准直组合透镜Ⅱ⑸、CCD光信号传感器⑹、计算机信号采集处理和显示系统⑺、反射镜⑻、反射镜⑼、数据线⑽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。

如图1所示，一种激光多点双准直测量方法光学系统结构示意图，其包括多个激光发生器⑴、分光棱镜⑵、准直组合透镜Ⅰ⑶、反射镜面⑷、准直组合透镜Ⅱ⑸、CCD光信号传感器⑹、计算机信号采集处理和显示系统⑺。

多个激光器发生器⑴安装使得激光器发射光线源于准直组合透镜Ⅰ的焦点上，根据测量距离、测量范围、测量精度的要求不同，准直组合透镜Ⅰ焦距在500mm至1200mm范围，准直组合透镜Ⅰ受光面直径在50mm至100mm范围。准直组合透镜Ⅰ的外形为圆形但不限于圆形。

多个激光器发生器⑴发射光线源于准直组合透镜Ⅰ⑶的焦点上，激光线通过分光棱镜⑵转角90°射出，通过准直组合透镜Ⅰ⑶，形成多条平行光线，多条平行光线经过反射镜面⑷反射，再次通过准直组合透镜Ⅰ⑶形成汇聚光束、汇聚光束经过分光棱镜⑵分光，聚焦在准直组合透镜Ⅱ⑸的焦点位置，该光线经过准直组合透镜Ⅱ⑸后，准直成多条平行激光光线，多条平行激光光线投射到CCD光信号传感器⑹上，计算机信号采集处理和显示系统⑺对CCD光信号传感器上形成的多点光信号进行测量数据处理，通过分析软件计算多点光信号的几何中心，多点光信号几何中心相对CCD传感器的设定中心的相对位置，通过软件计算出多点光信号几何中心与CCD传感器的设定中心在水平轴及垂直轴的相对位移，结合准直组合透镜Ⅰ的焦距、准直组合透镜Ⅱ的焦距参数，计算出被测件的平面度、平行度、相对位置偏转角度值。测量结果通过计算机进行保存、打印或画面输出。

如图2所示，为了激光器的安装位置准确，光线发射方向满足设计要求，对多点激光器安装调试机械结构进行了设计，以安装3个激光发生器为例，结合激光发生器的的外形结构，每个激光发生器至少用两个至紧螺钉来调整其位置并进行固定。

如图3所示，为了减小设备外形尺寸，采用双反射镜折光结构系统设计，有效减小长焦距设计时设备的外形尺寸，通过在分光棱镜⑵与准直组合透镜Ⅰ⑶之间，固定反射镜⑻和反射镜⑼，有效减小设备外形尺寸。

Claims (7)

1.一种激光多点双准直测量方法，其特征在于，包括多个点激光发生器，多点激光器安装使得激光器发射光线源于准直组合透镜Ⅰ的焦点上，多点激光器发射光线通过光学系统，含反射面、分光棱镜、准直组合透镜Ⅱ等组件，形成多条反射平行光线，反射平行光线投射到CCD光信号传感器表面，通过计算机数据处理技术和软件编程，对CCD表面多点光信号数字信息进行采集和处理，实现对不同测量要求的多种测量结果的输出和显示。

2.根据权利要求1所述的一种激光多点双准直测量方法，其特征在于，所述多个点激光发生器是指2个或2个以上数量的激光器发生器。

3.根据权利要求1所述的一种激光多点双准直测量方法，其特征在于，所述多点激光器安装使得激光器发射光线源于准直组合透镜Ⅰ的焦点上，根据测量距离、测量范围、测量精度的要求不同，准直组合透镜Ⅰ是指焦距和受光面不同的组合透镜。准直组合透镜Ⅰ的外形不限于圆形。

4.根据权利要求1所述的一种激光多点双准直测量方法，其特征在于，所述分光棱镜的透射率和反射率可以根据测量要求进行不同比例的设计。

5.根据权利要求1所述的一种激光多点双准直测量方法，其特征在于，根据测量距离、测量范围、测量精度的要求不同，所述准直组合透镜Ⅱ是指焦距和受光面不同的组合透镜。准直组合透镜Ⅱ的外形不限于圆形。

6.根据权利要求1所述的一种激光多点双准直测量方法，其特征在于，所述实现对不同测量要求的多种测量结果的输出和显示，多种测量结果是指对被测件的平面度、平行度、相对位置偏转角度的测量结果，结果输出和显示是指对测量结果进行存盘、打印、画面显示。

7.根据权利要求5所述的准直组合透镜Ⅱ的相对安装位置，其特征在于其焦点位置与准直组合透镜Ⅰ的焦点位置为同一点，准直组合透镜Ⅰ的中心点、准直组合透镜Ⅱ的中心点、准直组合透镜Ⅰ与准直组合透镜Ⅱ的共同焦点，在同一条直线上。