CN105783788B - 具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置 - Google Patents
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Abstract
具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,属于光轴平行性检测技术领域,为了解决现有的光轴平行性检测技术,存在精度差、受自身口径影响大、无法进行野外测试的问题,该装置由平行光管组件、反射镜组件、小范围扩径组件、大范围扩径组件、自校准组件、精调平台和三脚架组成;精调平台设置在三脚架上;反射镜组件固定在精调平台上;平行光管组件设置在精调平台的下方且置于三脚架内部;小范围扩径组件和大范围扩径组件分别设置在反射镜组件两侧,小范围扩径组件可绕反射镜组件转动,大范围扩径组件可绕反射镜组件转动;自校准组件设置在小范围扩径组件的外侧;本装置占用空间小,布局合理,便于携带,适合野外使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,属于光轴平行性检测技术领域。
背景技术
目前常用的多光谱光轴平行性测试方法,主要有投影靶板法、平行光管法、小口径平行光管法和五棱镜法等,其中平行光管法的测试准确度较高,目前为止,通常使用平行光管进行测试。大口径平行光管法采用的装置主要由光源、十字分划板、大口径平行光管和各种基座组成,在使用过程中,需将被测光束包含在平行光管口径之内。现有技术参考文献:光电系统多光轴平行性校准方法的研究,马世帮,杨红,杨照金,郭羽,康登魁,应用光学,2011年9月,第32卷第5期,该技术方案的缺点:1、测试方法存在着针对性强,受主观因素影响大,精度差等特点;2、当被测平行光束口径大于平行光管口径时,无法满足测量要求;3、检测只能在实验室内进行,对于野外实际测试的适应性不足。
发明内容
本发明为了解决现有的光轴平行性检测技术,存在精度差、受自身口径影响大、无法进行野外测试的问题,本发明提供了具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,利用该装置的光轴平行性检测方法,以及该装置的自检和自校方法。利用单个平行光管,实现了可见光、红外光与激光光轴平行性的检测,可以实现大范围扩径和二维扫描,并且能够实现装置的自检和自校。装置占用空间小,便于携带,适合野外使用。
具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,其特征是,该装置由平行光管组件、反射镜组件、小范围扩径组件、大范围扩径组件、自校准组件、精调平台和三脚架组成;精调平台设置在三脚架上;反射镜组件固定在精调平台上;平行光管组件设置在精调平台的下方且置于三脚架内部;小范围扩径组件和大范围扩径组件分别设置在反射镜组件两侧,小范围扩径组件可绕反射镜组件转动,大范围扩径组件可绕反射镜组件转动;自校准组件设置在小范围扩径组件的外侧。
所述平行光管组件由平行光管、分光元件、宽光源和CCD组成,分光元件设置在平行光管的焦点和次镜之间,宽光源和CCD分别设置在平行光管的焦点和共轭焦点位置处;可以实现发射和接收可见光、红外光和激光的功能;其中,平行光管采用传统的离轴牛顿式结构。
所述反射镜组件包含主反射镜与次反射镜,次反射镜位于主反射镜后端,光线一部分可以透过主反射镜到达次反射镜,实现大范围扩径组件光线的引入和引出。
所述小范围扩径组件由两个平行放置的第一反射镜和第二反射镜构成;小范围扩径组件通过第一转动副与主镜对应的位置连接在反射镜组件上,实现旋转功能。
所述的大范围扩径组件包括第一五棱镜、第二五棱镜、第三五棱镜、第四五棱镜、第一延长臂、第二延长臂、第一双光楔和第二双光楔;其中,第一延长臂通过第三转动副与第二延长臂连接,第二延长臂通过第二转动副与次反射镜的对应位置连接在反射镜组件;在第一延长臂的两端设置第一五棱镜和第二五棱镜;在第二延长臂的两端设置第三五棱镜和第四五棱镜;在第一延长臂的一端设置第一双光楔;在第二延长臂的一段设置第二双光楔;第二延长臂通过第二转动副绕反射镜组件旋转,第一延长臂通过第三转动副绕第二延长臂旋转,实现空间大范围扫描。
所述自校准组件包含主基准角镜和主基准反射镜,二者与入射光线垂直放置,用于装置自检。
具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置的光轴平行性检测方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:
步骤一,调整小范围扩径组件或大范围扩径组件,再调整精调平台,引入被检设备发射的平行光;
步骤二,被检设备发出的平行光通过反射镜组件进入平行光管组件,成像在平行光管组件的像平面CCD上,调整精调平台,使被检测的一路光线的像与基准分划中心严格对中;
步骤三,观察另一路被检光线在像平面CCD上的成像位置,若所成像点位置与基准分划中心重合,则说明所检设备光轴平行性良好;若像点位置与基准分划中心不重合,根据像点位置与基准分划中心的偏差距离以及光管焦距计算出平行度偏差。
具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置的自检和自校方法,其特征在于,该方法具体过程为:
装置使用之前,利用主基准反射镜完成平行光管组件焦距的调整,且利用主基准角镜确定了基准十字刻线的位置;平行光管组件发出的平行光,经过主反射镜反射后,入射到主基准平面镜上,经反射入射到主反射镜上,再经反射进入平行光管组件中并且在像平面CCD成像;经过比较返回光线所成的像与自身基准十字刻线的差异,可以检测光管是否离焦,实现对平行光管组件的动态检测;
在使用过程中,平行光管组件发出的平行光,先透过主反射镜再经过次反射镜反射,然后经过第四五棱镜、第三五棱镜、第二五棱镜和第一五棱镜依次折转,入射到主基准角镜上,光线原路返回,进入平行光管组件中,成像像平面CCD上,通过调整第一双光楔和第二双光楔,使基准十字刻线所成的像与自身基准十字刻线重合,完成自校准;或者,平行光管组件发出的平行光经主反射镜反射后,入射到主基准角镜上,光线原路返回,进入平行光管组件中,在像平面CCD上成像,通过调整小范围扩径组件内的第一反射镜与第二反射镜的姿态,使基准十字刻线所成的像与自身基准十字刻线重合,完成自校准。
本发明的有益效果:本发明装置能够检测多光束的平行性,采用了小范围扩径与大范围扩径两中扩径方法,实现了光线大范围的引入和引出和空间光线的二维扫描,其中小范围扩径范围>350mm,对于引入的平行光的平行度误差<5″,大范围扩径范围>1200mm,对于引入的平行光的平行度误差<30″。本装置对光学系统光轴平行性测试精度高,检测精度<40″。基准反射镜和基准角镜的引入,实现了装置本身的自检和自校,不需借助外界设备,校准及时、简便。平行光管采用反射式结构,使得本装置的检测波段由可见光波段扩展到红外与激光波段,实现了宽光谱的检测。本装置占用空间小,布局合理,便于携带,适合野外使用。
附图说明
图1:本发明具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置示意图。
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所示,具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,该装置由平行光管组件1、反射镜组件2、小范围扩径组件4、大范围扩径组件3、自校准组件5、精调平台6和三脚架7组成。其中,精调平台6设置在三脚架7上,可以进行旋转、俯仰、平移,实现引入光束的微调;其中,反射镜组件2固定在精调平台6上;平行光管组件1设置在精调平台6的下方且置于三脚架7内部,以节省空间;其中,小范围扩径组件4通过第一转动副9绕反射镜组件2转动;大范围扩径组件3通过第二转动副8绕反射镜组件2转动;自校准组件5设置在小范围扩径组件4的外侧。
所述平行光管组件1由平行光管1-1、分光元件1-2、宽光源1-4和CCD1-3组成,分光元件1-2设置在平行光管1-1的焦点和次镜之间,宽光源1-4和CCD1-3分别设置在平行光管1-1的焦点和共轭焦点位置处,可以实现发射和接收可见光、红外光和激光的功能;其中,平行光管1-1采用传统的离轴牛顿式结构。
所述反射镜组件2包含主反射镜2-1与次反射镜2-2,次反射镜2-2位于主反射镜2-1后端,光线一部分可以透过主反射镜2-1到达次反射镜2-2,实现大范围扩径组件3光线的引入和引出。
所述小范围扩径组件4由第一反射镜4-1和第二反射镜4-2构成,二者平行放置,实现光线的平移。小范围扩径组件4通过第一转动副9与主镜2-1对应的位置连接在反射镜组件2上,实现旋转功能。
所述的大范围扩径组件3包括第一五棱镜3-1、第二五棱镜3-3、第三五棱镜3-5、第四五棱镜3-7、第一延长臂3-2和第二延长臂3-6;其中,第一延长臂3-2通过第三转动副3-4与第二延长臂3-6连接,第二延长臂3-6通过第二转动副8与次反射镜2-2的对应位置连接在反射镜组件2;在第一延长臂3-2的两端设置第一五棱镜3-1和第二五棱镜3-3;在第二延长臂3-6的两端设置第三五棱镜3-5和第四五棱镜3-7;在第一延长臂3-2的一端设置第一双光楔3-8;在第二延长臂3-6的一段设置第二双光楔3-9。第二延长臂3-6通过第二转动副8绕反射镜组件2旋转,第一延长臂3-2通过第三转动副3-4绕第二延长臂3-6旋转,实现空间大范围扫描。
所述的自校准组件5包含主基准角镜5-1和主基准反射镜5-2,二者与入射光线垂直放置,实现装置的自检。
具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置的自检和自校方法:
装置使用之前,利用主基准反射镜5-2完成平行光管组件1焦距的调整,且利用主基准角镜5-1确定基准十字刻线的位置。平行光管组件1发出的平行光,经过主反射镜2-1反射后,入射到主基准平面镜5-2上,光线再次经过主反射镜2-1,进入平行光管组件1中并且成像。经过比较返回光线所成的像与自身基准十字刻线的差异,可以检测光管是否离焦,实现对平行光管组件1的动态检测。
在使用过程中,平行光管组件1出射的平行光经过主反射镜2-1反射后,入射到第二反射镜4-2,经反射入射到第一反射镜4-1上,光线经过反射垂直打在主基准角镜5-1上,光线原路返回进入平行光管组件1,成像在平行光管焦平面的CCD1-3上,观察此时十字刻线的像与平行光管自身的基准十字刻线是否严格重合,若不重合,通过调整小范围扩径组件4中第一反射镜4-1和第二反射镜4-2的姿态,使刻线完全重合。同时,平行光管组件1发出的平行光,透过主反射镜2-1入射到次反射镜2-2上,光通过次反射镜2-2反射后,经过大范围扩径组件3,经第四五棱镜3-7、第三五棱镜3-5、第二五棱镜3-3、第一五棱镜3-1依次折转,一部分打在主基准角镜5-1上,光线原路返回,进入平行光管组件1中,成像在焦平面CCD1-3上,通过调整第一双光楔3-8和第二双光楔3-9,使成像十字刻线与自身基准刻线重合,完成自校准;
具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置的光轴平行性检测方法:
当检测小口径光束时,通过旋转第一转动副9调整小范围扩径组件4的位置,对准被检光束,被检的第一束平行光入射到小范围扩径组件4中,经过第一反射镜4-1和第二反射镜4-2依次反射,光线经过平移后,入射到主反射镜2-1上,经反射进入平行光管组件1内,最后在平行光管组件1内的CCD1-3上形成一个像点,调整精调平台6使像点与平行光管组件1自身基准分划中心对准;旋转第一转动副9,使被检测的第二束平行光入射到小范围扩径组件4中,经过第一反射镜4-1和第二反射镜4-2依次反射,光线经过平移,入射到主反射镜2-1上,经反射进入平行光管组件1,最后在平行光管组件1内的CCD1-3上形成像点;若两个像点重合,则说明被检的两束平行光是平行的,否则根据像点的间距和平行光管的焦距可以计算出两束平行光的平行度偏差。
当检测大口径平行光束时,通过旋转第二动副8和第三转动副3-4,使第一延长臂3-2和第二延长臂3-6转动,进行空间二维扫描,将第一延长臂3-2中的第一五棱镜3-1对准被检测的第一束光线,被检光线经第一五棱镜3-1、第二五棱镜3-3、第三五棱镜3-5、第四五棱镜3-7依次折转,入射到次反射镜2-2上,经反射进入平行光管组件1,在光管焦平面的CCD1-3上形成一个像点,调整精调平台6使像点与平行光管组件1自身基准分划中心对准;通过旋转第二动副8和第三转动副3-4,使第一延长臂3-2和第二延长臂3-6转动,进行空间二维扫描,将第一延长臂3-2中的第一五棱镜3-1对准被检测的第一束光线,被检光线经第一五棱镜3-1、第二五棱镜3-3、第三五棱镜3-5、第四五棱镜3-7依次折转,入射到次反射镜2-2上,经反射进入平行光管组件1,在光管焦平面的CCD1-3上形成像点;若两个像点重合,则说明被检的两束平行光是平行的,否则根据像点的间距和平行光管的焦距可以计算出两束平行光的平行度偏差。
Claims (8)
1.具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,该装置包括平行光管组件(1)和反射镜组件(2),其特征是,其还包括小范围扩径组件(4)、大范围扩径组件(3)、自校准组件(5)、精调平台(6)和三脚架(7);
精调平台(6)设置在三脚架(7)上;
反射镜组件(2)固定在精调平台(6)上;
平行光管组件(1)设置在精调平台(6)的下方且置于三脚架(7)内部;
小范围扩径组件(4)和大范围扩径组件(3)分别设置在反射镜组件(2)两侧,小范围扩径组件(4)可绕反射镜组件(2)转动,大范围扩径组件(3)可绕反射镜组件(2)转动;
自校准组件(5)设置在小范围扩径组件(4)的外侧。
2.如权利要求1所述的具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,其特征在于,所述平行光管组件(1)由平行光管(1-1)、分光元件(1-2)、宽光源(1-4)和CCD(1-3)组成,分光元件(1-2)设置在平行光管(1-1)的焦点和次镜之间,宽光源(1-4)和CCD(1-3)分别设置在平行光管(1-1)的焦点和共轭焦点位置处;可以实现发射和接收可见光、红外光和激光的功能;其中,平行光管(1-1)采用传统的离轴牛顿式结构。
3.如权利要求1所述的具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,其特征在于,所述反射镜组件(2)包含主反射镜(2-1)与次反射镜(2-2),次反射镜(2-2)位于主反射镜(2-1)后端,光线一部分可以透过主反射镜(2-1)到达次反射镜(2-2),实现大范围扩径组件(3)光线的引入和引出。
4.如权利要求3所述的具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,其特征在于,所述小范围扩径组件(4)由两个平行放置的第一反射镜(4-1)和第二反射镜(4-2)构成;小范围扩径组件(4)通过第一转动副(9)与主镜(2-1)对应的位置连接在反射镜组件(2)上,实现旋转功能。
5.如权利要求3所述的具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,其特征在于,所述的大范围扩径组件(3)包括第一五棱镜(3-1)、第二五棱镜(3-3)、第三五棱镜(3-5)、第四五棱镜(3-7)、第一延长臂(3-2)、第二延长臂(3-6)、第一双光楔(3-8)和第二双光楔(3-9);其中,第一延长臂(3-2)通过第三转动副(3-4)与第二延长臂(3-6)连接,第二延长臂(3-6)通过第二转动副(8)与次反射镜(2-2)的对应位置连接在反射镜组件(2);在第一延长臂(3-2)的两端设置第一五棱镜(3-1)和第二五棱镜(3-3);在第二延长臂(3-6)的两端设置第三五棱镜(3-5)和第四五棱镜(3-7);在第一延长臂(3-2)的一端设置第一双光楔(3-8);在第二延长臂(3-6)的一段设置第二双光楔(3-9);第二延长臂(3-6)通过第二转动副(8)绕反射镜组件(2)旋转,第一延长臂(3-2)通过第三转动副(3-4)绕第二延长臂(3-6)旋转,实现空间大范围扫描。
6.如权利要求5所述的具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置,其特征在于,所述自校准组件(5)包含主基准角镜(5-1)和主基准反射镜(5-2),二者与入射光线垂直放置,用于装置自检。
7.基于权利要求2所述的具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置的光轴平行性检测方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:
步骤一,调整小范围扩径组件(4)或大范围扩径组件(3),再调整精调平台(6),引入被检设备发射的平行光;
步骤二,被检设备发出的平行光通过反射镜组件(2)进入平行光管组件(1),成像在平行光管组件(1)的像平面CCD(1-3)上,调整精调平台(6),使被检测的一路光线的像与基准分划中心严格对中;
步骤三,观察另一路被检光线在像平面CCD(1-3)上的成像位置,若所成像点位置与基准分划中心重合,则说明所检设备光轴平行性良好;若像点位置与基准分划中心不重合,根据像点位置与基准分划中心的偏差距离以及光管焦距计算出平行度偏差。
8.基于权利要求6所述的具有大范围扩径及自检功能的多轴平行性检测装置的自检和自校方法,其特征在于,该方法具体过程为:
装置使用之前,利用主基准反射镜(5-2)完成平行光管组件(1)焦距的调整,且利用主基准角镜(5-1)确定了基准十字刻线的位置;平行光管组件(1)发出的平行光,经过主反射镜(2-1)反射后,入射到主基准平面镜(5-2)上,经反射入射到主反射镜(2-1)上,再经反射进入平行光管组件(1)中并且在像平面CCD(1-3)成像;经过比较返回光线所成的像与自身基准十字刻线的差异,可以检测光管是否离焦,实现对平行光管组件(1)的动态检测;
在使用过程中,平行光管组件(1)发出的平行光,先透过主反射镜(2-1)再经过次反射镜(2-2)反射,然后经过第四五棱镜(3-7)、第三五棱镜(3-5)、第二五棱镜(3-3)和第一五棱镜(3-1)依次折转,入射到主基准角镜(5-1)上,光线原路返回,进入平行光管组件(1)中,成像像平面CCD(1-3)上,通过调整第一双光楔(3-8)和第二双光楔(3-9),使基准十字刻线所成的像与自身基准十字刻线重合,完成自校准;或者,平行光管组件(1)发出的平行光经主反射镜(2-1)反射后,入射到主基准角镜(5-1)上,光线原路返回,进入平行光管组件(1)中,在像平面CCD(1-3)上成像,通过调整小范围扩径组件(4)内的第一反射镜(4-1)与第二反射镜(4-2)的姿态,使基准十字刻线所成的像与自身基准十字刻线重合,完成自校准。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |