CN104406546A - 利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪及方法，利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪，包括准直物镜、分光模块、分划板、图像探测模块、激光调整模块，准直物镜置于分光模块前端；分划板设置在准直物镜后端与分光模块前端之间，且分划板沿准直物镜的光轴向可前后移动；所述方法，包括基准建立；基准转换：软件对精对准图形汇聚点进行至少两次质心位置采样，软件计算质心位置的平均值并给以显示出基准点，同时产生作为替代基准点的十字丝，并将此十字丝的中心点置于质心平均值位置；基准点消失；准直过程，通过可移动分划板技术让基准图像消失避免了两个图像之间的干扰并解决了两个图像的区分问题。

Description

利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪及方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体的说是利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪及方法。

背景技术

如图2所示，现有激光自准直仪，包括准直物镜、分光模块、分划板、图像探测模块、激光器等，在分划板的设置上以定量的光路行程为依据进行固定设置，其工作原理为：由能量连续激光器出射的激光经分光模块后到分划板中心，此点是准直物镜的焦点位置，因此出射的平行光可由外部反射镜反射回分划板中心。

光源发出的光经分光模块内的分光镜反射后将位于物镜焦面上的分划板照亮，由于分划板的刻划面处于物镜的焦点因此出射平行光，该平行光经外部反射镜反射再次由物镜会聚到分划板刻划面上，通过目镜可以同时看到分划板刻划面以及反射镜反射回来的像，这两个像之间的距离反应了准直程度。

已有激光自准直仪在对准技术上存在的主要问题是：

1、瞄准方法的缺陷：无论用CCD还是目镜观察对准情况时，当外部反射镜反射回来的图形与基准部分重合时，无法分辨是否完全对准，同时两个图形也会发生互相干扰的情况；如图3、图4所示：使用十字丝或点作为基准点时，当基准本身和反射回来的像没有重合时，能清楚的进行方便；如图5、图6所示：一旦部分重合就难以判断基准和反射回来的图形中心之间的距离，不便进行两个图形之间的区分。

2、瞄准可靠性的缺陷：如果用于做基准的十字丝是软件生成的，在出厂时会将软件生成的十字丝调校到光轴上，但是由于运输、温度变化、撞击等因素的影响，做基准的十字丝可能会偏离光轴，造成测量精度下降。

发明内容

本发明的目的在于提供利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪及方法，通过可移动分划板技术让基准图像消失避免了两个图像之间的干扰并解决了两个图像的区分问题。

本发明通过下述技术方案实现：利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪，包括准直物镜、分光模块、分划板、图像探测模块、激光调整模块，所述准直物镜置于分光模块前端；所述分划板设置在准直物镜后端与分光模块前端之间，且分划板沿准直物镜的光轴向可前后移动；所述激光调整模块置于分光模块后端，所述图像探测模块与分光模块连接。

进一步的，为更好的实现本发明，还包括激光器，所述激光器的出光口与激光调整模块的进光口连接。

进一步的，为更好的实现本发明，还包括外部反射镜，所述外部反射镜置于准直物镜前端。

利用可移动分划板实现基准转换的方法，利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪实现基准转换，包括以下步骤：

步骤A、基准建立：打开本发明所述激光自准直仪的电源，并启动控制软件，将分划板放置于扩束聚焦之后的精对准图形汇聚点上；

步骤B、基准转换：软件对精对准图形汇聚点进行至少两次质心位置采样，软件计算质心位置的平均值并给以显示出基准点，同时产生作为替代基准点的十字丝，并将此十字丝的中心点置于质心平均值位置；

步骤C、基准点消失：通过控制软件轴向移动分划板令基准点消失，此时精对准图形汇聚点显示处仅剩作为替代基准点的十字丝，基准点的质心坐标位置X1与Y1被记录并保留；

步骤D、准直过程：在本发明所述激光自准直仪的准直物镜前端放置外部反射镜，并使替代基准点同外部反射镜准直，即将经由本发明所述激光自准直仪射出的激光通过反射镜反射经准直物镜形成的亮点同替代基准点准直。

进一步的，为更好的实现本发明所述利用可移动分划板实现基准转换的方法，由本发明所述激光自准直仪射出的激光通过外部反射镜反射，并经准直物镜形成亮点，此亮点实时显示的坐标为X2和Y2，与基准点的替代基准点之间的距离为D，且 $D=\sqrt{{\left|(X1-X2)\right|}^2\×L+{\left|(Y1-Y2)\right|}^2\×L},$ 式中L为像素的大小；利用D值再除以激光自准直仪的系统焦距，得到外部反射镜与光轴之间的角度误差。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过可移动分划板技术让基准图像消失避免了两个图像之间的干扰并解决了两个图像的区分问题。

(2)本发明通过基准转化/替代技术，将两个图像的对准转化成了两个像素坐标之间的对准，这种转化和替代的方法，能保证测量精度真实可靠。

(3)本发明基准的转化过程简单易行，可以由客户随时自行完成基准校正。

(4)本发明由于运输、撞击、使用不当等原因引起的基准偏移可随时进行校正，保证激光自准直仪的测量可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构及光路示意图。

图2为现有激光自准直仪结构示意图。

图3为以十字丝为基准点不重合的表象。

图4以点为基准点不重合的表象。

图5以十字丝为基准点重合的表象。

图6以点为基准点重合的表象。

其中，1-准直物镜，2-分光模块，3-分划板，4-图像探测模块，5-激光调整模块，6-激光器，7-外部反射镜。

具体实施方式

本申请人自认为技术领域内技术员结合现有公知技术，并根据本申请文件所公开的内容即可实现本发明。

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪，如图1所示，包括准直物镜1、分光模块2、分划板3、图像探测模块4、激光调整模块5，所述准直物镜1置于分光模块2前端；所述分划板3设置在准直物镜1后端与分光模块2前端之间，且分划板3沿准直物镜1的光轴向可前后移动；所述激光调整模块5置于分光模块2后端，所述图像探测模块4与分光模块2连接。

进一步的，为更好的实现本发明所述的利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪，还包括激光器6，所述激光器6的出光口与激光调整模块5的进光口连接。

进一步的，为更好的实现本发明所述的利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪，还包括外部反射镜7，所述外部反射镜7置于准直物镜1前端。

在本发明所述的利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪中，激光器6发出的激光通过激光调整模块5，经扩束聚焦后的汇聚点通过分光模块2落在分划板3表面上，由于分划板3的刻划面处于准直物镜1的焦点因此出射平行光，该平行光经外部反射镜7反射再次由准直物镜1会聚到分划板刻划面上，后通过图像探测模块4能看到这个汇聚点以及外部反射镜7反射回来的点，这两个点之间的距离反应了准直程度。为实现基准转换及校准，首先对基准点(汇聚点)进行能量重心(质心)提取，然后让软件产生的替代基准点(十字丝)的中心落在该基准点的能量重心位置并记录该基准点的像素位置，接着将分划板3沿光轴方向移动一段距离Yy，此时基准点会消失不见(分划板3表面离开激光的汇聚点，该表面的反射能量就会弥散)，原来汇聚点位置只剩下软件生成的替代基准点(十字丝)，最后放置外部反射镜7并使该替代基准点和外部反射镜7进行准直，即外部反射镜反射所形成的亮点将同替代基准点进行准直。

即将两个图形的对准过程转化成了一个像素坐标与一个反射回来的能量重心之间的对准，提高对准精度的同时避免两个能量点之间的相互干扰；在此，作为替代基准点的存在，不仅限于用十字丝表示，十字丝仅仅是为了方便使用者知道应该朝什么方向调整反射回的像点。

实施例2：

利用可移动分划板实现基准转换的方法，利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪实现基准转换，包括以下步骤：

步骤A、基准建立：打开本发明所述激光自准直仪的电源，并启动控制软件，将分划板3放置于扩束聚焦之后的精对准图形汇聚点上；

步骤B、基准转换：软件对精对准图形汇聚点进行至少两次质心位置采样，软件计算质心位置的平均值并给以显示出基准点，同时产生作为替代基准点的十字丝，并将此十字丝的中心点置于质心平均值位置；

步骤C、基准点消失：通过控制软件轴向移动分划板令基准点消失，此时精对准图形汇聚点显示处仅剩作为替代基准点的十字丝，基准点的质心坐标位置X1与Y1被记录并保留；

步骤D、准直过程：在本发明所述激光自准直仪的准直物镜1前端放置外部反射镜7，并使替代基准点同外部反射镜7准直，即将经由本发明所述激光自准直仪射出的激光通过反射镜反射经准直物镜2形成的亮点同替代基准点准直。

实施例3：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，为更好的实现本发明所述利用可移动分划板实现基准转换的方法，由本发明所述激光自准直仪射出的激光通过外部反射镜7反射，并经准直物镜1形成亮点，此亮点实时显示的坐标为X2和Y2，与基准点的替代基准点之间的距离为D，且 $D=\sqrt{{\left|(X1-X2)\right|}^2\×L+{\left|(Y1-Y2)\right|}^2\×L},$ 式中L为像素的大小；利用D值再除以激光自准直仪的系统焦距，得到外部反射镜与光轴之间的角度误差。

例如，用CCD进行观察，若CCD的像素为10um，L＝10um，(X1，Y1)＝(512.0，512.0)，(X2，Y2)＝(572.5，561.3)，利用公式计算可得D＝780.43um，即表示基准与反射回来的像点之间的距离为780.43um，这个值再除以激光自准直仪的系统焦距，就得到了外部反射镜与光轴之间的角度误差。当(X1，Y1)或(X2，Y2)同时无值，或值相等，或一个有值一个无值的情况时，D值都为0。

由于光学零件加工会导致镜片的实际焦距并不严格与理论焦距相符，因此激光自准直仪的焦距都不会完全相等，在软件中将利用测定的距离值来计算非角度误差值。

本发明通过可移动分划板技术让基准图像消失避免了两个图像之间的干扰并解决了两个图像的区分问题；通过基准转化/替代技术，将两个图像的对准转化成了两个像素坐标之间的对准，这种转化和替代的方法，能保证测量精度真实可靠；在使用中，基准的转化过程简单易行，可以由客户随时自行完成基准校正；由于运输、撞击、使用不当等原因引起的基准偏移可随时进行校正，保证激光自准直仪的测量可靠性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪，其特征在于：包括准直物镜(1)、分光模块(2)、分划板(3)、图像探测模块(4)、激光调整模块(5)，所述准直物镜(1)置于分光模块(2)前端；所述分划板(3)设置在准直物镜(1)后端与分光模块(2)前端之间，且分划板(3)沿准直物镜(1)的光轴向可前后移动；所述激光调整模块(5)置于分光模块(2)后端，所述图像探测模块(4)与分光模块(2)连接。

2.根据权利要求1所述的利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪，其特征在于：还包括激光器(6)，所述激光器(6)的出光口与激光调整模块(5)的进光口连接。

3.根据权利要求2所述的利用可移动分划板实现基准转换的激光自准直仪，其特征在于：还包括外部反射镜(7)，所述外部反射镜(7)置于准直物镜(1)前端。

4.利用可移动分划板实现基准转换的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A、基准建立：打开本发明所述激光自准直仪的电源，并启动控制软件，将分划板(3)放置于扩束聚焦之后的精对准图形汇聚点上；

步骤B、基准转换：软件对精对准图形汇聚点进行至少两次质心位置采样，软件计算质心位置的平均值并给以显示出基准点，同时产生作为替代基准点的十字丝，并将此十字丝的中心点置于质心平均值位置；

步骤C、基准点消失：通过控制软件轴向移动分划板令基准点消失，此时精对准图形汇聚点显示处仅剩作为替代基准点的十字丝，基准点的质心坐标位置X1与Y1被记录并保留；

步骤D、准直过程：在本发明所述激光自准直仪的准直物镜(1)前端放置外部反射镜(7)，并使替代基准点同外部反射镜(7)准直，即将经由本发明所述激光自准直仪射出的激光通过反射镜反射经准直物镜(2)形成的亮点同替代基准点准直。

5.根据权利要求4所述的利用可移动分划板实现基准转换的方法，其特征在于：由本发明所述激光自准直仪射出的激光通过外部反射镜(7)反射，并经准直物镜(1)形成亮点，此亮点实时显示的坐标为X2和Y2，与基准点的替代基准点之间的距离为D，且式中L为像素的大小；利用D值再除以激光自准直仪的系统焦距，得到外部反射镜与光轴之间的角度误差。