CN102980516B - 一种双激光束光轴共线调校法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双激光束光轴共线调校法，首先对第一激光进行姿态调节，再需要三次操作就可以完成双激光光束光轴共线调节，且保证两束激光测量的基准面相同，第一次只需保持顶面与第二平面贴合；后面与第一平面贴合；第二次保持光学成像系统紧贴校调板的第一平面和第二平面；第三次只需保持光学成像系统的顶面与第二平面贴合；前面与第一平面贴合，这样第一次和第二次保证一个基准面相同，第一次和第三次保证另一个基准面相同，从而使得整套测量方法的可靠性提高。可提高激光类型的双传感器组合测量精度：本方法直接对激光光束进行精密测量，可提高两个激光类型传感器激光位置关系的标定精度，从而提高整个双传感器组合测量的检测精度。

Description

一种双激光束光轴共线调校法

技术领域

本发明涉及光轴共线调校法，尤其涉及一种双激光束光轴共线调校法。

背景技术

激光测试技术作为一种现代化的测试技术，用途越来越广，发展也越来越快。在使用激光测量仪器时，很有可能将多个自带激光器的传感器或直接将多个激光器融合在一起，结合多个传感器的数据以得到最终的测量结果。而对这种测量系统而言，标定各束激光的位置关系是保证测量精度的关键工作。

目前，大部分确定激光位置关系的方法为：依据激光器或传感器的机械结构尺寸，将激光器或传感器安装在具有确定位置的机械机构上。

在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

实施上述方法来标定激光的位置，精度受限，原因如下：(1)激光是虚轴，其空间位置相对于激光器或传感器外形结构间的位置尺寸存在误差，并且在通常情况下，难以确定这种误差的大小；(2)激光器装配到确定位置后，由于装配误差的存在，单个传感器将偏移理想的装配位置，这样，多个激光器的相对位置存在的偏差可能更大，并且这种误差也难以被发现。

发明内容

本发明提供了一种双激光束光轴共线调校法，本方法消除了激光之间的相对位置和姿态存在的偏差，提高了双传感器组合测量的检测精度和标定精度，详见下文描述：

一种双激光束光轴共线调校法，所述方法包括以下步骤：

（1）在具有相互垂直的第一平面和第二平面的校调板上设置有第一激光器、第二激光器和具有显微放大功能的光学成像系统；

（2）将相互垂直的所述第一平面和所述第二平面的交线作为基准直线，所述光学成像系统紧贴校调板的所述第一平面和所述第二平面，并沿所述基准直线进行同侧平移，通过所述第一激光器采集不同位置处的激光光斑中心，分别获取多个第一激光光斑中心；

（3）判断各个第一激光光斑中心的中心位置坐标是否相同，若相同，执行步骤（4）；若不同，对所述第一激光器进行校正，使得各个第一激光光斑中心坐标相同，再执行步骤（4）；

（4）将所述光学成像系统异侧翻转180度，使所述光学成像系统的顶面与所述第二平面贴合；后面与所述第一平面贴合；所述光学成像系统并沿所述基准直线进行同侧平移，通过所述第二激光器采集不同位置处的激光光斑中心，分别获取多个第二激光光斑中心；

（5）判断各个第二激光光斑中心的中心位置坐标是否相同，若相同，同时记录第二激光光斑中心的坐标值，执行步骤（6）；若不同，对所述第二激光器进行校正，使得各个第二激光光斑中心坐标相同，记录第二激光光斑中心的坐标值，再执行步骤（6）；

（6）将所述光学成像系统异侧翻转180度，使所述光学成像系统紧贴校调板的所述第一平面和所述第二平面；所述光学成像系统通过所述第一激光器采集任意位置处的第三激光光斑中心并记录坐标值；

（7）判断第二激光光斑中心坐标的X值和第三激光光斑中心坐标的X值是否相同，如果是，执行（8）；如果否，则对第一激光器进行校正，使得X坐标值相同，再执行步骤（8）；

（8）将所述光学成像系统同侧翻转180度，使所述光学成像系统的顶面与所述第二平面贴合；前面与所述第一平面贴合；所述光学成像系统通过所述第一激光器采集任意位置处的第四激光光斑中心并记录坐标值；

（9）判断第四激光光斑中心坐标的Z值和第二激光光斑中心坐标的Z值是否相同，如果是，流程结束；如果否，则对第一激光器进行校正，使得Z坐标值相同，流程结束。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1）可提高激光类型的双传感器组合测量精度：本方法直接对激光光束进行精密测量，可提高两个激光类型传感器激光位置关系的标定精度，从而提高整个双传感器组合测量的检测精度。

2）方法拓展性：本方法的目的在于调节并测量两束激光的位姿，使其共线，但本方法也可以满足多束激光的位姿调节，对多束激光位姿的调校或标定也具有一定的借鉴意义。

附图说明

图1为双激光束光轴共线调校法的示意图；

图2为一种双激光束光轴共线调校法的流程图；

图3a为测头机构的主视图；

图3b为测头机构的半剖左视图；

图3c为测头结构俯视图；

图3d为测头局部剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：校调板；          2：第一平面；

3：第二平面；        4：第一激光器；

5：第二激光器；      6：光学成像系统；

7：基准直线；        8：顶面；

9：后面；            10：前面；

11：第一螺钉组；     12：第二螺钉组；

13：第三螺钉组；     14：第四螺钉组；

15：平推块；         16：保护壳；

131：支点螺钉；      132：左驱动螺钉；

133：右驱动螺钉。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了消除激光之间的相对位置存在的偏差，提高双传感器组合测量的检测精度和标定精度，本发明实施例提供了一种双激光束光轴共线调校法，参见图1和图2，详见下文描述：

由于采用多个激光位移传感器进行组合测量，首先需要确定各个激光位移传感器的位置关系，以建立起多个激光位移传感器的直接输出数据和目标数据之间的关系。若激光位移传感器的位置不能满足要求，还需对各激光位移传感器的位置进行调整以使其达到要求。很显然，对于双激光位移传感器组合的定值比较测头而言，测量轴线为激光位移传感器各自的激光光轴，目标数据为位移量，因而，两个激光位移传感器最佳的位置是两条光轴完全重合。

101：在具有相互垂直的第一平面2和第二平面3的校调板1上设置有第一激光器4、第二激光器5和具有显微放大功能的光学成像系统6；

102：将相互垂直的第一平面2和第二平面3的交线作为基准直线7，光学成像系统6紧贴校调板1的第一平面2和第二平面3，并沿基准直线7进行同侧平移，通过第一激光器4采集不同位置处的激光光斑中心，分别获取多个第一激光光斑中心；

103：判断各个第一激光光斑中心的中心位置坐标是否相同，若相同，执行步骤104；若不同，对第一激光器4进行校正，使得各个第一激光光斑中心坐标相同，再执行步骤104；

对第一激光器4进行校正具体为：通过调节第一激光器4转动，使第一激光器4上的激光光轴与基准直线7平行。

104：将光学成像系统6异侧翻转180度，使光学成像系统6的顶面8与第二平面3贴合；后面9与第一平面2贴合；光学成像系统6并沿基准直线7进行同侧平移，通过第二激光器5采集不同位置处的激光光斑中心，分别获取多个第二激光光斑中心；

105：判断各个第二激光光斑中心的中心位置坐标是否相同，若相同，同时记录第二激光光斑中心的坐标值，执行步骤106；若不同，对第二激光器5进行校正，使得各个第二激光光斑中心坐标相同，记录第二激光光斑中心的坐标值，再执行步骤106；

对第二激光器5进行校正具体为：通过调节第二激光器5转动，使第二激光器5上的激光光轴与基准直线7平行。

106：将光学成像系统6异侧翻转180度，使光学成像系统6紧贴校调板1的第一平面2和第二平面3；光学成像系统6通过第一激光器4采集任意位置处的第三激光光斑中心并记录坐标值；

107：判断第二激光光斑中心坐标的X值和第三激光光斑中心坐标的X值是否相同，如果是，执行108；如果否，则对第一激光器4进行校正，使得X坐标值相同，再执行步骤108；

对第一激光器4进行校正具体为：通过调节第一激光器4平动，使第一激光器4上的激光光轴与基准直线7平行。

108：将光学成像系统6同侧翻转180度，使光学成像系统6的顶面8与第二平面3贴合；前面10与第一平面2贴合；光学成像系统6通过第一激光器4采集任意位置处的第四激光光斑中心并记录坐标值；

109：判断第四激光光斑中心坐标的Z值和第二激光光斑中心坐标的Z值是否相同，如果是，流程结束；如果否，则对第一激光器4进行校正，使得Z坐标值相同，流程结束。

对第一激光器4进行校正具体为：通过调节第一激光器4平动，使第一激光器4上的激光光轴与基准直线7平行。

上述位置校准操作中，对两束激光的调节，实际上是两条虚轴的调节，可利用光学成像系统6对两束激光进行成像，但由于两束激光的方向相反，必然要求光学成像系统6自身的位置发生翻转，这样一来，不可能保证在测量两束激光时，光学成像系统6贴合的两个基准面不变，众所周知，测量过程中基准若发生变化，则测量结果的有效性将发生质疑。通过本方法可保证两束激光测量的基准面相同，且只需要三次操作，第一次只需保持顶面8与第二平面3贴合；后面9与第一平面2贴合；第二次保持光学成像系统6紧贴校调板1的第一平面2和第二平面3；第三次只需保持光学成像系统6的顶面8与第二平面3贴合；前面10与第一平面2贴合，这样第一次和第二次保证一个基准面相同，第一次和第三次保证另一个基准面相同，从而使得整套测量方法的可靠性提高。

下面以图3中的测头为例详细说明本发明实施例提供的一种双激光束光轴共线调校法的可行性，详见下文描述：

在图3所示的测头中，重点介绍光轴位姿调节作用的螺钉，设图3中主视图为竖直面，俯视图为水平面。众所周知，若一条直线在竖直面和水平面内均能实现位姿调节，那么这条直线可处于空间内的任意位姿状态。第一螺钉组11负责第一激光器4在竖直面的位姿调节，第二螺钉组12负责第二激光器5在竖直面的位姿调节，第三螺钉组13负责第一激光器4在水平面上的位姿调节，第四螺钉14组负责第二激光5在水平面上的位姿调节。

现以第三螺钉13实现第一激光器4在水平面上的位姿调节为例，来说明本方法的调节原理，其它部分的调节原理类似，这里不再赘述。

在图3右下角的局部视图中，调节第三螺钉组13中的支点螺钉131可驱动平推块15在槽（图中未示出）中往前移动，槽相当于直线导轨，限制平推块15只能沿直线移动，设这条直线的方向为X。图中平推块15的圆弧部分表示该部分为圆柱面。第一激光器4固定在传感器保护壳16上，平推块15的圆柱面和保护壳16上的平面相接触，接触部分为第一直线段。相应的，调节左驱动螺钉132和右驱动螺钉133对应有第二直线段和第三直线段。接触直线段在各自对应的螺钉的驱动下，可沿X方向移动。当第一直线段、第二直线段和第三直线段均沿X移动相同距离时，可以实现激光光束的位置调节；当三条接触直线段保持任意一条固定，其它两条沿X的正向和反向移动，将实现激光光线的姿态调节。这种位姿调节方式，受力部分为相互平行的直线线段，且受力方向相同或者相反。同受力部分为点的调节形式相比，不苛刻的要求所有的受力点和受力方向在同一平面上，因而调节可靠性更强；同受力部分为面的调节形式相比，直线线段可做转动轴使用，可实现姿态的调节，功能更强。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种双激光束光轴共线调校法，其特征在于，所述双激光束光轴共线调校法包括以下步骤：

(1)在具有相互垂直的第一平面和第二平面的校调板上设置有第一激光器、第二激光器和具有显微放大功能的光学成像系统；

(2)将相互垂直的所述第一平面和所述第二平面的交线作为基准直线，所述光学成像系统紧贴校调板的所述第一平面和所述第二平面，并沿所述基准直线进行同侧平移，通过所述第一激光器采集不同位置处的激光光斑中心，分别获取多个第一激光光斑中心；

(3)判断各个第一激光光斑中心的中心位置坐标是否相同，若相同，执行步骤(4)；若不同，对所述第一激光器进行校正，使得各个第一激光光斑中心坐标相同，再执行步骤(4)；

(4)将所述光学成像系统异侧翻转180度，即所述光学成像系统的顶面与所述第二平面贴合；后面与所述第一平面贴合；所述光学成像系统并沿所述基准直线进行同侧平移，通过所述第二激光器采集不同位置处的激光光斑中心，分别获取多个第二激光光斑中心；

(5)判断各个第二激光光斑中心的中心位置坐标是否相同，若相同，同时记录第二激光光斑中心的坐标值，执行步骤(6)；若不同，对所述第二激光器进行校正，使得各个第二激光光斑中心坐标相同，记录第二激光光斑中心的坐标值，再执行步骤(6)；

(6)将所述光学成像系统异侧翻转180度，即所述光学成像系统紧贴校调板的所述第一平面和所述第二平面；所述光学成像系统通过所述第一激光器采集任意位置处的第三激光光斑中心并记录坐标值；

(7)判断第二激光光斑中心坐标的X值和第三激光光斑中心坐标的X值是否相同，如果是，执行(8)；如果否，则对第一激光器进行校正，使得X坐标值相同，再执行步骤(8)；

(8)将所述光学成像系统同侧翻转180度，即所述光学成像系统的顶面与所述第二平面贴合；前面与所述第一平面贴合；所述光学成像系统通过所述第一激光器采集任意位置处的第四激光光斑中心并记录坐标值；

(9)判断第四激光光斑中心坐标的Z值和第二激光光斑中心坐标的Z值是否相同，如果是，流程结束；如果否，则对第一激光器进行校正，使得Z坐标值相同，流程结束；

其中，异侧翻转180度前后的两套成像系统，关于测量头镜像对称；

Z轴的方向，为第二平面的法线方向；X轴位于第二平面上，且与第一平面、第二平面的交线垂直；所述光学成像系统的成像平面与XOZ平面平行。