CN105371830A - 基于圆锥离轴反射的激光标线装置 - Google Patents

Abstract

基于圆锥离轴反射的激光标线装置，应用于工业测量技术领域，为了解决现有技术中激光能量利用率低，获得一字线激光的亮度相对低的问题，该装置：光源发射器，其设置在本体的一端且嵌入到本体内；本体，是中空的圆柱体结构；激光聚焦扩束单元，其与光源发射器同轴设置在本体内，且与本体的另一端固定连接；折光结构，其与激光聚焦扩束单元连接；光源发射器发射出的发散光经过激光聚焦扩束单元后会聚，会聚光束射向折光结构，光束经过折光结构在物面上形成一字线激光；获得的一字线光斑均匀，稳定性好，装调难度低，系统结构简单易于实现；在工业测量等工程应用时，与同轴反射成360°环形光面相比，该装置能保证光源发射器的能量利用最大化。

Description

基于圆锥离轴反射的激光标线装置

技术领域

本发明涉及一种基于圆锥离轴反射的激光标线装置，应用于工业测量技术领域。

背景技术

在建筑工程领域和机器视觉领域中，经常会需要对目标物投射出一字线或十字线激光来作为施工和标定的参考线。

为了能在目标物上投射出一字线，通常是在雷射模块前方设置圆柱镜片，激光经过圆柱镜片的折射，来将雷射模块所产生的平行激光束展开为所需的扇形光面，投射到目标物上形成一字线激光，此种方式获得的一字线边缘光强很弱，且对加工和装配精度要求很高。

另一种方法是电机带动反射镜旋转的方式生成线激光，这种方法利用旋转的平行激光束投射在目标物上的视觉暂留，在目标上产生一字线，这种方法是全反射的方式形成线激光，对电机的旋转轴和轴承的加工精度要求非常高，否则会造成一字线激光在目标物上的晃动。

中国台湾专利公告为第504076号，名称为“光源模组装置”，该装置利用圆锥状反射镜，将雷射模块所产生的平行激光束展开为360°的环形光面，进而在目标物上产生一字线激光的装置。该方式使得激光能量利用率低，所得到的一字线激光的亮度相对低，圆锥状反射镜的角锥角度的加工精度要求高。

发明内容

本发明为了解决现有技术中激光能量利用率低，获得一字线激光的亮度相对低的问题，提供一种基于圆锥离轴反射的激光标线装置，该装置利用部分圆锥反射镜的光源模组装置获得一字线激光，可实现线宽的控制，并保证一字线激光的能量稳定。

本发明解决技术问题的方案是：

基于圆锥离轴反射的激光标线装置，包括光源发射器、本体、激光聚焦扩束单元和折光结构，其特征是，

光源发射器，其设置在本体的一端且嵌入到本体内；

本体，是中空的圆柱体结构；

激光聚焦扩束单元，其与光源发射器同轴设置在本体内，且与本体的另一端固定连接；

折光结构，其与激光聚焦扩束单元连接；

光源发射器发射出的发散光经过激光聚焦扩束单元后会聚，会聚光束射向折光结构，光束经过折光结构在物面上形成一字线激光。

所述激光聚焦扩束单元具有两组双胶合镜组后组透镜和前组透镜，后组透镜通过压圈固定在外筒后端；前组透镜与后组透镜同轴放置，由压圈固定在前组镜筒内；

前组镜筒为一三爪螺纹结构，与外筒同轴配合，外筒前部设有三个槽口作为前组镜筒三爪结构的导轨，前组镜筒的三爪结构与手轮机构螺纹配合；

背帽与外筒螺纹配合，手轮机构由外筒和背帽限位，转动手轮机构带动前组镜筒沿光轴前后移动，从而达到聚焦的作用；

隔圈与光轴同轴放置在背帽与外筒之间，用于对前组镜筒的限位。

后组透镜焦距为25mm，前组透镜焦距为100mm。

所述折光结构的外筒与背帽同轴螺纹配合，且该折光结构设有横置的部分圆锥体，部分圆锥体的中心轴线与所述激光聚焦扩束单元的光轴共面且垂直，部分圆锥体底面固定在圆锥底座上，圆锥底座通过螺钉与外筒固定。

本发明的有益效果为：该装置通过部分圆锥离轴反射获得一定发散角的一字线激光，大大提高激光能量利用率、亮度，且通过设置聚焦扩束系统，保证离轴反射线宽可调，该装置相较于圆柱镜式装置，获得的一字线光斑均匀，稳定性好，且装调难度低，系统结构简单易于实现。在工业测量等工程应用时，与同轴反射成360°环形光面相比，该装置能保证光源发射器的能量利用最大化。

附图说明

图1是本发明基于圆锥离轴反射的激光标线装置的剖面示意图。

图2是本发明基于圆锥离轴反射的激光标线装置的结构爆炸图。

图3是本发明基于圆锥离轴反射的激光标线装置光路示意图。

图4是本发明基于圆锥离轴反射的激光标线装置原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1-2所示，基于圆锥离轴反射的激光标线装置，包括光源发射器1、本体2、激光聚焦扩束单元3和折光结构4。

光源发射器1设置在本体2的一端且嵌入到本体2内。本体2是中空的圆柱体结构。激光聚焦扩束单元3与光源发射器1同轴设置在本体2内，且与本体2的另一端螺纹配合。折光结构4与激光聚焦扩束单元3螺纹配合。

激光聚焦扩束单元3具有两组双胶合镜组后组透镜3-2和前组透镜3-5，后组透镜3-2焦距为25mm，后组透镜3-2通过压圈3-1固定在外筒3-3后端。前组透镜3-5焦距为100mm，前组透镜3-5与后组透镜3-2同轴放置，由压圈3-4固定在前组镜筒3-6内。前组镜筒3-6为一三爪螺纹结构，与外筒3-3同轴配合，外筒3-3前部设有三个槽口作为前组镜筒3-6三爪结构的导轨，前组镜筒3-6的三爪结构与手轮机构3-7螺纹配合。背帽3-9与外筒3-3螺纹配合，手轮机构3-7由外筒3-3和背帽3-9限位，转动手轮机构3-7带动前组镜筒3-6沿光轴前后移动，从而达到聚焦的作用。隔圈3-8与光轴同轴放置在背帽3-9与外筒3-3之间，用于对前组镜筒3-6的限位。该折光结构4的外筒4-1与背帽3-9同轴螺纹配合，且该折光结构4设有横置的部分圆锥体4-2，部分圆锥体4-2的中心轴线与该激光聚焦扩束单元3的光轴共面且垂直，部分圆锥体4-2底面胶粘在圆锥底座4-3上，圆锥底座4-3通过螺钉与外筒4-1固定。

如图3所示，光源发射器1发射出的发散光依次经过后组透镜3-2和前组透镜3-5后会聚，会聚光束射向部分圆锥体4-2的圆锥面反射，该圆锥面将光束反射出与之相垂直的反射光束，发散成为扇形的光平面，在物面上形成一字线激光。

如图4所示，本发明利用离轴反射原理，将圆形光斑反射在像面上形成椭圆光斑，通过手轮机构3-7改变激光光源的会聚角，使光束聚焦，减少椭圆光斑短轴的宽度，形成一字线激光，形成的线激光能量均匀稳定。线激光的长度的关系式如下：

$R=\frac{2rL}{d}$

其中，R为光斑中心所在圆锥横截面半径；r为激光光斑半径；L为待测物体到部分圆锥体4-2的距离；d为线激光长度。

根据上式及实际测量时所需线激光长度d确定部分圆锥体4-2的外形尺寸。

Claims (4)

1.基于圆锥离轴反射的激光标线装置，包括光源发射器(1)、本体(2)、激光聚焦扩束单元(3)和折光结构(4)，其特征是，

光源发射器(1)，其设置在本体(2)的一端且嵌入到本体(2)内；

本体(2)，是中空的圆柱体结构；

激光聚焦扩束单元(3)，其与光源发射器(1)同轴设置在本体(2)内，且与本体(2)的另一端固定连接；

折光结构(4)，其与激光聚焦扩束单元(3)连接；

光源发射器(1)发射出的发散光经过激光聚焦扩束单元(3)后会聚，会聚光束射向折光结构(4)，光束经过折光结构(4)在物面上形成一字线激光。

2.根据权利要求1所述的基于圆锥离轴反射的激光标线装置，其特征是，所述激光聚焦扩束单元(3)具有两组双胶合镜组后组透镜(3-2)和前组透镜(3-5)，后组透镜(3-2)通过压圈(3-1)固定在外筒(3-3)后端；前组透镜(3-5)与后组透镜(3-2)同轴放置，由压圈(3-4)固定在前组镜筒(3-6)内；

前组镜筒(3-6)为一三爪螺纹结构，与外筒(3-3)同轴配合，外筒(3-3)前部设有三个槽口作为前组镜筒(3-6)三爪结构的导轨，前组镜筒(3-6)的三爪结构与手轮机构(3-7)螺纹配合；

背帽(3-9)与外筒(3-3)螺纹配合，手轮机构(3-7)由外筒(3-3)和背帽(3-9)限位，转动手轮机构(3-7)带动前组镜筒(3-6)沿光轴前后移动，从而达到聚焦的作用；

隔圈(3-8)与光轴同轴放置在背帽(3-9)与外筒(3-3)之间，用于对前组镜筒(3-6)的限位。

3.根据权利要求2所述的基于圆锥离轴反射的激光标线装置，其特征是，后组透镜(3-2)焦距为25mm，前组透镜(3-5)焦距为100mm。

4.根据权利要求2所述的基于圆锥离轴反射的激光标线装置，其特征是，所述折光结构(4)的外筒(4-1)与背帽(3-9)同轴螺纹配合，且该折光结构(4)设有横置的部分圆锥体(4-2)，部分圆锥体(4-2)的中心轴线与所述激光聚焦扩束单元(3)的光轴共面且垂直，部分圆锥体(4-2)底面固定在圆锥底座(4-3)上，圆锥底座(4-3)通过螺钉与外筒(4-1)固定。