CN105424322B - 自校准光轴平行性检测仪及检测方法 - Google Patents
自校准光轴平行性检测仪及检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
自校准光轴平行性检测仪及检测方法属于光学仪器检验技术领域，本发明采用的标校反射镜是一块长方形平尺反射镜，代替现有较短的反射镜或椎体棱镜，可同时覆盖半反半透平面镜和平面折转反射镜出射的光束，从而使得两路光束以同一基准进行校准，达到高精度的目的。本发明所研制的光轴平行度检验仪，光束间距可在200mm至900mm范围内连续可调，光束的平行性可实时调整，平行性精度取决于自准直仪的测量精度，而自准直仪的测量精度可溯源到国家计量院，该仪器实现了便携、多功能及高精度的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于光学仪器检验技术领域，涉及一种多光学系统自校准光轴平行性检测仪及检测方法。
背景技术
多传感器光电设备如各类大型光电经纬仪，都同时具有红外、可见传感器及激光测距等多个光学系统，并对同一目标进行捕获、跟踪与测量。为保证测量结果的一致性，多个光学系统的光轴必须平行，光轴平行性测试仪即是用来完成这种多传感器光电设备光轴平行性检验的仪器，这种检验设备的结构形式有可能是千变万化的，但最终都是形成两束或多束平行的光束,作为检验的基准，来验证被检设备各光轴间的平行性误差，因此要对光轴平行性测试仪产生的平行光束的平行性进行校准。通常的校准方法是采用一个大口径平面反射镜，通过自准直仪来测试各光束间的平行性，这种方法受平面反射镜口径的限制，对光束间距500mm以上的仪器，使用的大口径平面反射镜制造成本高，安装使用、调整都非常不便，尤其是不便于在外场使用，因此一直在研究能够使光轴平行性测试仪具有高精度、便携式特点的方法。
中国专利公报公开了一种“多光学系统光轴平行性检测仪”(ZL200910218067.1)。该装置的第一半反半透镜固定在导轨上，标校反射镜通过二维调整机构与导轨活动连接；折转反射镜通过二维调整机构与导轨滑块活动连接，导轨滑块可沿导轨移动；十字丝分划板位于准直系统的焦面上，光源照明十字丝分划板；准直系统发出的准直光束，一路透过第一半反半透镜入射到标校反射镜，另一路经过第一半反半透镜、折转反射镜反射后入射到锥体棱镜。这种方法的缺点是通过两种光学元件即标校反射镜和椎体棱镜分别标校两路光束，使得这两束光没有统一的标校基准，光束平行性难以保证。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种自校准光轴平行性检测仪及检测方法，该检测仪可高精度自校准多传感器的光学系统，具有高精度，便携的特点。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
自校准光轴平行性检测仪，该检测仪包括：主支撑导轨、平尺反射镜、移动导轨、平面折转反射镜、半反半透平面镜和自准直仪；半反半透平面镜和平面折转反射镜安装在主支撑导轨上表面，可在主支撑导轨上任意滑动，与主支撑导轨的主轴成45度角；移动导轨固定安装在主支撑导轨的一侧表面，平尺反射镜通过移动导轨在主支撑导轨侧表面任意滑动；自准直仪安装在主支撑导轨的另一侧表面，自校准时对准半反半透平面镜。
自校准光轴平行性检测方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：将半反半透平面镜对准被检设备的一个光学系统；移动平尺反射镜，使其覆盖半反半透平面镜透射光；当被检设备的两个光学系统的光轴距离小于等于平尺反射镜时，将平面折转反射镜对准被检设备的另一个光学系统，执行步骤二；当被检设备的两个光学系统的光轴距离大于平尺反射镜时，执行步骤三和步骤四；
步骤二：平尺反射镜同时覆盖半反半透平面镜的透射光和平面折转反射镜的反射光，使自准直仪的出射光束首先经半反半透平面镜，一部分透射后直接入射到平尺反射镜，调整平尺反射镜使光束按原路返回，自准成像；另一部分反射，经平面折转反射镜反射，入射到平尺反射镜，调整平面折转反射镜，使光束按原路自准返回，两束出射光平行，移开平尺反射镜，实现自校准光轴平行性的检测；
步骤三：移动平面折转反射镜，执行步骤二；移动平尺反射镜，使其另一端对准平面折转反射镜，调整平尺反射镜，使另一部分反射光束再次自准返回；
步骤四；移动平面折转反射镜，将平面折转反射镜对准被检设备的另一个光学系统，调整平面折转反射镜，使另一部分反射光束再次自准返回，此时两束出射光平行，两束光的间距与被测设备的两个光学系统间距相同，移开平尺反射镜，实现自校准光轴平行性的检测。
本发明的有益效果是：本发明采用的标校反射镜是一块长方形平尺反射镜，可同时覆盖半反半透平面镜和平面折转反射镜出射的光束，从而使得两路光束以同一基准进行校准，达到高精度的目的。本发明所研制的光轴平行度检验仪，光束间距可在200mm至900mm范围内连续可调，光束的平行性可实时调整，平行性精度取决于自准直仪的测量精度，而自准直仪的测量精度可溯源到国家计量院，该仪器实现了便携、多功能及高精度的使用要求。
附图说明
图1本发明自校准光轴平行性检测仪的结构示意图。
图2当被检设备的两个光学系统的光轴距离小于等于平尺反射镜时本发明自校准光轴平行性检测方法的流程图。
图3当被检设备的两个光学系统的光轴距离大于平尺反射镜时本发明自校准光轴平行性检测方法的流程图。
图中：1、主支撑导轨，2、移动导轨，3、平面折转反射镜，4、平尺反射镜，5、平尺反射镜二维调整机构，6、半反半透平面镜，7、半反半透平面镜滑块，8、自准直仪，9、反射式平行光管，10、平面折转反射镜滑块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，自校准光轴平行性检测仪，该检测仪包括：主支撑导轨1、移动导轨2、平面折转反射镜3、平尺反射镜4、平尺反射镜二维调整机构5、半反半透平面镜6、半反半透平面镜滑块7、自准直仪8、可替换反射式平行光管9和平面折转反射镜滑块10；半反半透平面镜6和平面折转反射镜3安装在主支撑导轨1上表面，可通过半反半透平面镜滑块7和平面折转反射镜滑块10在主支撑导轨1上任意滑动，与主支撑导轨1的主轴成45度角；移动导轨2固定安装在主支撑导轨1的一侧表面，平尺反射镜4通过移动导轨2在主支撑导轨1侧表面任意滑动，平尺反射镜4下安装平尺反射镜二维调整机构5调整其姿态；平面折转反射镜3和半反半透平面镜6下各自安装二维调整机构来调整姿态。自准直仪8安装在主支撑导轨1的另一侧表面，自校准时对准半反半透平面镜6。校准结束后，移除自准直仪8，安装可替换反射式平行光管9，为不同光谱谱段光学系统提供光源。
自校准光轴平行性检测方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：将半反半透平面镜6对准被检设备的一个光学系统；通过移动导轨2移动平尺反射镜4，使其右端覆盖半反半透平面镜6透射光；当被检设备的两个光学系统的光轴距离小于等于平尺反射镜4时，将平面折转反射镜3对准被检设备的另一个光学系统，执行步骤二；当被检设备的两个光学系统的光轴距离大于平尺反射镜4时，执行步骤三和步骤四；
步骤二：如图2所示，平尺反射镜4左端同时覆盖平面折转反射镜3的反射光，使自准直仪8的出射光束首先经半反半透平面镜6，一部分光束，即第I光束透射后直接入射到平尺反射镜4，调整平尺反射镜4的二维调整机构，使光束按原路返回，自准成像；另一部分，即第II光束反射，经平面折转反射镜3反射，入射到平尺反射镜4，调整平面折转反射镜3二维调整机构，使光束按原路自准返回，两束出射光平行，移开平尺反射镜4，实现自校准光轴平行性的检测；
在自准直仪中，可观察到两路返回的光束成像，当两个像重合时，两束出射光束的夹角为0，此时本发明光轴平行性检测仪的两个出射光束平行。
步骤三：通过平面折转反射镜滑块10移动平面折转反射镜3至平尺反射镜4的左端，如图3所示，执行步骤二；移动平尺反射镜4，使其右端对准平面折转反射镜3，调整平尺反射镜4，移动后的平尺反射镜4法线方向复位；使第II光束原路返回，再次自准返回；
步骤四；向左侧移动平面折转反射镜3，将平面折转反射镜3对准被检设备的另一个光学系统，调整平面折转反射镜3二维调整机构，使第II光束再次自准返回，此时两束出射光平行，两束光的间距与被测设备的两个光学系统间距相同，移开平尺反射镜4，实现自校准光轴平行性的检测。
对不同波段的传感器对应的光学系统，如可见光与可见光系统，可见光与红外光系统，红外光与激光发射系统，自校准光轴平行性检测方法的步骤由有所不同，具体如下：
1、可见光与可见光光学系统
当检验两个可见光系统的光轴平行性时，使用自准直仪8校准两光束平行性后，将平尺反射镜4移开至不遮挡出射光束的位置，直接使用自准直仪8作为无穷远目标源，对被测仪器的两个可见光波段光学系统进行光轴平行性的检验。
2、可见光与红外光光学系统
当检验一个可见光系统和一个红外系统的光轴平行性时，第I光束对准可见光系统，第II光束对准红外系统，使用自准直仪8校准两光束平行性后，将平尺反射镜4移开至不遮挡出射光束的位置，将自准直仪8拆下，更换为反射式平行光管9，由于出射光束的平行性仅取决于半反半透平面镜6与平面折转反射镜3的平行性，因此出射光束的平行性不会因更换光源而产生影响，反射式平行光管9可同时为可见与红外光学系统提供无穷远目标源，对被测仪器的可见光波段与红外波段光学系统进行光轴平行性的检验。
3、红外光与红外光光学系统
当检验两个红外系统的光轴平行性时，使用自准直仪8校准两光束平行性后，将平尺反射镜4移开至不遮挡出射光束的位置，将自准直仪8拆下，更换为反射式平行光管9，首先调整被检设备，使第II光束与对准的红外系统光轴平行，之后通过半反半透平面镜滑块7移开半反半透平面镜6，使反射式平行光管9的出射光束(第I光束)直接入射到另一个被检红外系统，从而检验出两个红外系统的光轴平行性。
4、红外光与激光发射光学系统
当检验一个红外系统和一个激光发射系统的光轴平行性时，使用自准直仪8校准两光束平行性后，将平尺反射镜4移开至不遮挡出射光束的位置，将自准直仪8拆下，更换为带有热靶装置的反射式平行光管9，首先调整被检设备，使第II光束对准被检的红外光学系统，激光发射器发出的激光束透过半反半透平面镜6进入反射式平行光管9，并聚焦到热靶焦面上，产生红外光束，经半反半透镜6和平面折转反射镜3进入被检设备的红外光学系统，从而检验出红外系统与激光发射系统的光轴平行性。
Claims (4)
1.自校准光轴平行性检测仪的检测方法，其特征在于，该检测仪包括：主支撑导轨、平尺反射镜、移动导轨、平面折转反射镜、半反半透平面镜和自准直仪；所述半反半透平面镜和平面折转反射镜安装在主支撑导轨上表面，可在主支撑导轨上任意滑动，与主支撑导轨的主轴成45度角；所述移动导轨固定安装在主支撑导轨的一侧表面，平尺反射镜通过移动导轨在主支撑导轨侧表面任意滑动；自准直仪安装在主支撑导轨的另一侧表面，自校准时对准半反半透平面镜；该方法包括如下步骤：
步骤一：将半反半透平面镜对准被检设备的一个光学系统；移动平尺反射镜，使其覆盖半反半透平面镜透射光；当被检设备的两个光学系统的光轴距离小于等于平尺反射镜时，将平面折转反射镜对准被检设备的另一个光学系统，执行步骤二；当被检设备的两个光学系统的光轴距离大于平尺反射镜时，执行步骤三和步骤四；
步骤二：平尺反射镜同时覆盖半反半透平面镜的透射光和平面折转反射镜的反射光，使自准直仪的出射光束首先经半反半透平面镜，一部分透射后直接入射到平尺反射镜，调整平尺反射镜使光束按原路返回，自准成像；另一部分反射，经平面折转反射镜反射，入射到平尺反射镜，调整平面折转反射镜，使光束按原路自准返回，两束出射光平行，移开平尺反射镜，实现自校准光轴平行性的检测；
步骤三：移动平面折转反射镜，执行步骤二；移动平尺反射镜，使其另一端对准平面折转反射镜，调整平尺反射镜，使另一部分反射光束，原路返回，再次自准返回；
步骤四；移动平面折转反射镜，将平面折转反射镜对准被检设备的另一个光学系统，调整平面折转反射镜，使另一部分反射光束再次自准返回，此时两束出射光平行，两束光的间距与被测设备的两个光学系统间距相同，移开平尺反射镜，实现自校准光轴平行性的检测。
2.根据权利要求1所述的自校准光轴平行性检测仪的检测方法，其特征在于，该检测仪还包括：滑块；所述滑块承载平尺反射镜和平面折转反射镜，在主支撑导轨上移动。
3.根据权利要求1所述的自校准光轴平行性检测仪的检测方法，其特征在于，该检测仪还包括：二维调整机构；所述平尺反射镜、平面折转反射镜和半反半透平面镜下各自安装二维调整机构来调整姿态。
4.根据权利要求1所述的自校准光轴平行性检测仪的检测方法，其特征在于，该检测仪还包括：可替换反射式平行光管；所述可替换反射式平行光管替换自准直仪。
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