CN106323446A - 激光测振设备及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光测振设备及其调节方法，该设备包括：第一激光器、第二激光器、第三激光器以及聚焦装置，聚焦装置包括多个透镜，由第三激光器出射的光沿多个透镜的光轴传输；第一激光器的出射光路上设置有第一光路改变装置；第二激光器的出射光路上设置有第二光路改变装置；第一光路改变装置和第二光路改变装置的出射光与第三激光器的出射光平行，聚焦装置用于对来自第一和第二光路改变装置、第三激光器的平行光进行聚焦；第一和第二光路改变装置中的每一个的出射光路与第三激光器的出射光路之间的距离为第一距离，第一激光器和第二激光器的出射位置与第三激光器的出射光路之间的最小距离为第二距离，第一距离小于第二距离。

Description

激光测振设备及其调节方法

技术领域

本发明涉及激光测量领域，并且特别地，涉及一种激光测振设备及其调节方法。

背景技术

振动广泛存在于生活、工业生产、科学研究等各个领域。在这些领域中，对于振动的测量有着极大的需求。振动的测量分为接触式测量和非接触式测量。其中，非接触式测量不会影响振动的原有状态，测量结果更为准确可靠，已经成为振动测量的发展方向。

目前，较为成熟非接触式振动测量技术为激光多普勒技术，一般采用外差式结构。激光测振具有非接触、精度高、容易安装等诸多优势，已经在材料探伤、机械系统的故障诊断、噪声消除、结构件的动态特性分析及振动的有限元计算结果验证等方面广泛应用。

在现有的激光多普勒测振技术测量中，为了丰富测量维度信息，需要采用多束激光照射到被测物上，然后进行方向分解，得到多维的振动信息。在进行多维度测振时，要求激光测振组件出射的激光聚焦到一点。

例如，在授权公告号为CN 204085684 U的实用新型专利中，公开了一种多维激光测振仪。该专利具体公开了以下技术方案：将多个单点激光器平行放置，这些激光器出射彼此平行的光束，通过光路前方的聚焦透镜聚焦到一点。该方案所采用的器件结构较为简单，便于实现。在该方案中，平行放置的每个激光器都会占据一定的空间，当这些激光器平行放置后，彼此的光轴之间就会出现较大的距离，从而导致这些激光器所发出的平行光之间也具有较大间隔。在聚焦透镜需要接收来自这些激光器的平行光时，由于平行光之间的间隔较大，所以如果要将这些光全部接收，就必须采用大尺寸的透镜。采用大尺寸的透镜后，会导致整个测振仪的体积变大、重量增加，而且还会提高测振仪本身的制造成本。

针对现有技术中测振设备体积和重量大、成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种激光测振设备及其调节方法，能够减小体积和重量并降低成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种激光测振设备。

根据本发明的激光测振设备包括：第一激光器、第二激光器、第三激光器以及聚焦装置，其中，聚焦装置包括多个透镜，由第三激光器出射的光沿多个透镜的光轴传输；第一激光器的出射光路上设置有第一光路改变装置，第一光路改变装置用于改变来自第一激光器的光的光路；第二激光器的出射光路上设置有第二光路改变装置，第二光路改变装置用于改变来自第二激光器的光的光路；第一光路改变装置和第二光路改变装置的出射光与第三激光器的出射光平行，聚焦装置用于对来自第一光路改变装置、第二光路改变装置和第三激光器的平行光进行聚焦；第一光路改变装置和第二光路改变装置中的每一个的出射光路与第三激光器的出射光路之间的距离为第一距离，第一激光器和第二激光器的出射位置与第三激光器的出射光路之间的最小距离为第二距离，第一距离小于第二距离。

在一个实施例中，根据本发明的激光测振设备可以进一步包括：

图像采集装置，用于拍摄由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑；

驱动机构，用于驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，以改变聚焦装置的焦距；

处理器，与图像采集装置连接，用于对由图像采集装置拍摄的图像进行分析，确定由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑之间的相对位置关系，并根据相对位置关系控制驱动机构改变聚焦装置的焦距。

进一步地，上述处理器进一步与第一激光器、第二激光器以及第三激光器中的至少之二连接，用于依次调节所连接的激光器出射光束的宽度，图像采集装置用于在处理器每次调节一个激光器的光束宽度后对所形成的光斑进行拍摄，处理器根据图像采集装置拍摄的图像确定光斑与激光器之间的对应关系；

处理器根据对应关系，确定由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系。

此外，上述第一光路改变装置和第二光路改变装置均包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜设置在激光器的出射光路上，并将该激光器出射的光反射至第二反射镜；

第二反射镜用于对来自第一反射镜的光进行反射，第二反射镜的出射光与第三激光器的出射光平行。

此外，上述聚焦装置包括第一透镜和第二透镜。

在一个实施例中，上述第一透镜和第二透镜为凸透镜，第二透镜位于第一透镜的焦距以外，入射到聚焦装置的平行光首先经过第一透镜汇聚，之后被第二透镜汇聚。

在另一个实施例中，上述第一透镜为凹透镜，第二透镜为凸透镜，入射到聚焦装置的平行光首先经过第一透镜被发散，之后被第二透镜汇聚。

在另一个实施例中，上述第一透镜为凸透镜，第二透镜为凹透镜，第二透镜位于第一透镜的焦距以内，入射到聚焦装置的平行光经第一透镜被汇聚后入射到第二透镜，由第二透镜改变光的汇聚位置。

此外，从第三激光器的出射光路方向上观察，第一光路改变装置和第二光路改变装置发出的光以及第三激光器所发出的光形成三棱锥体。

进一步地，上述三棱锥体的底面为直角三角形，从第三激光器的出射光路方向上观察，第三激光器所发出的光为直角三角形的直角顶点。

此外，根据本发明的激光测振设备可以进一步包括：

手动机构，用于驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，以改变聚焦装置的焦距。

根据本发明的另一方面，还提供了一种激光测振设备的调节方法，用于调节上述激光测振设备的焦距。

根据本发明的激光测振设备的调节方法包括：

图像采集装置拍摄由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑，得到光斑图像；

处理器对光斑图像进行分析，确定由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系；

根据相对位置关系，处理器控制驱动机构驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，将聚焦装置的焦距调节至预定焦距位置处。

其中，上述处理器进一步与第一激光器、第二激光器以及第三激光器中的至少之二连接，调节方法进一步包括：

在确定相对位置关系之前，处理器依次调节所连接的激光器出射光束的宽度，在每次调节一个激光器的出射光束的宽度后，图像采集装置对第一激光器、第二激光器以及第三激光器当前形成的光斑进行拍摄，处理器根据图像采集装置当前拍摄的图像中光斑的变化情况，确定光斑与激光器之间的对应关系；

并且，处理器根据对应关系，确定由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系；

根据相对位置关系，处理器控制驱动机构驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，将聚焦装置的焦距调节至预定焦距位置处。

此外，在调节聚焦装置的焦距时，处理器多次控制驱动机构驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，改变聚焦装置的焦距；

其中，在处理器每次控制驱动机构改变聚焦装置的焦距后，图像采集装置均对本次焦距改变后的光斑进行拍摄；根据当前拍摄的图像中第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系，处理器确定进行下一次调节时聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动的距离，直至第一光路改变装置、第二光路改变装置以及第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑重合。

本发明能够实现以下有益效果：

(1)本发明通过采用光路改变装置来改变激光器的出射光路，使得多个激光器发出的平行光束能够彼此更加靠近，只要通过相对小型的镜组即可接收到所有的平行光，从而避免在聚焦装置中采用大尺寸透镜，减小了激光测振设备的体积和重量，让激光测振设备的安装更加容易和方便；此外，相比于大尺寸透镜，小型的镜组的价格更加便宜，制造也更加容易，所以本发明的激光测振设备还有效降低了设备的成本，让设备的制造更加容易，有助于大规模部署和使用；

(2)在本发明的一个实施例中，采用图像采集装置对激光器形成的光斑进行拍摄，以便根据各激光器所形成光斑的相对位置控制驱动机构调节聚焦装置的焦距，能够将多个激光器的光束自动对准到一点，从而完成振动测量，具有较高的精度，同时减少了人工操作量；

(3)在本发明的一个实施例中，通过采用闭环控制的方式以多次调节改变焦距，根据前一次调节的结果进行下一次调节，能够自动修正聚焦装置的焦距，进一步提高焦距调节的精度，进而提高振动测量的准确性；

(4)在本发明的一个实施例中，通过由处理器分别控制多个激光器所发出光束的宽度，并对相应的光斑进行识别，能够准确地识别各个激光器与光斑的对应关系，进而能够更加有针对性地对聚焦装置的焦距进行调节以使焦距位于预定位置，有效提高了调节的效率；

(5)在本发明的一个实施例中，可以采用两个反射镜实现光路改变装置，因此光路改变装置的结构非常简单，制作容易，成本较低，易于实现；

(6)在本发明的实施例中，聚焦装置可以包括凹透镜和凸透镜，实现非常容易，成本较低；其中，在采用凹透镜和凸透镜实现聚焦装置的方案中，由于凹透镜和凸透镜需要彼此靠近，所以能够有效减少激光测振设备在水平方向上的尺寸，进一步减小设备的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明一实施例的激光测振设备的侧视图；

图2是图1所示激光测振设备的俯视图；

图3是根据本发明另一实施例的激光测振设备的侧视图；

图4是根据本发明再一实施例的激光测振设备的侧视图；

图5是根据本发明实施例的激光测振设备的调节方法的流程图。

具体实施方式

此说明性实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

在下文描述的实施例中，会对这些实施例中的技术特征分别描述，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

根据本发明的实施例，提供了一种激光测振设备。

图1是根据本发明一个实施例的激光测振设备的侧视图。

如图1所示，从侧面观察，根据本实施例的激光测振设备包括：第一激光器1、第二激光器2(第二激光器2与第三激光器3在y方向上并排放置，两者在x方向上的高度一致，因此，在以在图1所示的角度观察时，第二激光器2被第三激光器3挡住，其中，图1中所示的y方向与xz平面垂直)、第三激光器3、第一光路改变装置4以及聚焦装置6。

第一激光器1和第三激光器3在竖直方向(x方向)上排列。第一光路改变装置4设置在第一激光器1的出射光路上，第一光路改变装置4中包括第一反射镜41和第二反射镜42，用于改变来自第一激光器1的光的光路。第一光路改变装置4出射的光与第三激光器3出射的光为平行光。

聚焦装置6包括透镜61和62，由第三激光器3出射的光沿多个透镜61和62的光轴传输(即，沿着图中的z方向)，而不会改变方向。

第一光路改变装置4中的第一反射镜41和第二反射镜42对第一激光器1的出射光进行了两次反射，第一光路改变装置4的出射光与第三激光器3发出的光为平行光。第一光路改变装置4的入射端与第三激光器3的出射光路之间的最小距离为H2(由于图1所示的实施例中第一激光器1的出射光路与第三激光器3的出射光路平行，所以第一激光器1的出射端与第三激光器3的出射光路之间的最小距离同样为H2)。第一光路改变装置4的出射光路与第三激光器3的出射光路之间的最小距离为H1(即，第一光路改变装置4的出射端与第三激光器3的出射光路之间的最小距离为H1)。通过图1可以看出，由于第一光路改变装置4改变了第一激光器1所发出光的光路，所以，从第一激光器1所发出的光与第三激光器3所发出的光之间的距离在入射到第一光路改变装置4之前为H2，而从第一光路改变装置4出射之后，这两个光束之间的间距从H2被缩小到H1。

这样，只需要更小的透镜61就能够同时接收到第三激光器3和第一光路改变装置4出射的光，减小了透镜61在x方向上的尺寸，相应地，透镜62的尺寸也能减小。

为了清楚的目的，图1中没有示出被第三激光器3挡住的第二激光器2以及设置在第二激光器2的出射光路上的第二光路改变装置5。

图2是图1所示激光测振设备的俯视图(沿着图1所示x方向观察)。

参见图2，在y方向上，第二激光器2与第一激光器1设置在不同的位置，其中，图2中的第三激光器3被第一激光器1挡住。继续参见图2，第二激光器2的出射光路上设置有第二光路改变装置5，第二光路改变装置5中包括第三反射镜51和第四反射镜52，用于改变来自第二激光器2的光的光路；第二光路改变装置5的出射光与第三激光器3的出射光平行光。

在图2中，省略了第一激光器1所射出的光，图2中所示出的H4是指第二激光器2的出射端与第三激光器3的出射光之间的最小距离，第二光路改变装置5的出射端与第三激光器3的出射光之间的最小距离为H3(由于第二光路改变装置5的出射光与第三激光器3的出射光为平行光，所以，第二光路改变装置5的出射光路与第三激光器3的出射光路之间的距离同样为H3)。

从图2中可以看出，通过采用第二光路改变装置5，改变了第二激光器2所发出光的光路。在入射到第二光路改变装置5之前，从第二激光器2所发出的光与第三激光器3所发出的光之间的距离为H4，而从第二光路改变装置5出射之后，这两个光束之间的间距从H4被缩小到H3。

这样，只需要更小的透镜61就能够同时接收到第三激光器3和第二光路改变装置5出射的光，减小了透镜61在y方向上的尺寸，相应地，透镜62的尺寸也能减小。

通过以上描述可以看出，本发明通过采用光路改变装置来改变激光器的出射光路，使得多个激光器发出的平行光束能够彼此更加靠近，只要通过相对小型的镜组即可接收到所有的平行光，从而避免在聚焦装置中采用大尺寸透镜，减小了激光测振设备的体积和重量，让激光测振设备的安装更加容易和方便；此外，相比于大尺寸透镜，小型的镜组的价格更加便宜，制造也更加容易，所以本发明的激光测振设备还有效降低了设备的成本，让设备的制造更加容易，有助于大规模部署和使用。

此外，在图1所示的实施例中，第一和第二光路改变装置4和5分别包括两个反射镜，例如，对于第一光路改变装置4，第一反射镜41设置在第一激光器1的出射光路上，并将该激光器1出射的光反射至第二反射镜42；第二反射镜42用于对来自第一反射镜41的光进行反射，第二反射镜42的出射光与第三激光器3的出射光平行(与图1中所示的z方向平行)。图2中所示的第二光路改变装置5中的第三反射镜51和第四反射镜52的原理类似，这里不再重复。

在图1和图2所示的实施例中，借助反射镜实现光路改变装置，因此光路改变装置的结构非常简单，制作容易，成本较低，易于实现。在其他没有示出的实施例中，可以采用其他的光学镜/光学镜组来改变从激光器(第一激光器1和第二激光器2)所出射光的光，使其更加靠近第三激光器3的出射光且与第三激光器3的出射光平行。

此外，在图1所示的实施例中，聚焦装置6包括第一透镜61和第二透镜62，这两个透镜均为凸透镜，第二透镜62位于第一透镜61的焦距以外，入射到聚焦装置6的平行光包括第三激光器3的出射光以及第一光路改变装置4的出射光(第二光路改变装置5的出射光在图1中被省略)首先经过第一透镜61汇聚，在传输到第一透镜61的焦点以外之后开始发散，进而被第二透镜62汇聚，最后在P点处相交为一点。由于第一光路改变装置4和第二光路改变装置5的出射光为平行光，所以第二光路改变装置5的出射光同样会在P点与其他由聚焦装置6射出的光相交(可以参见图2)。这样，通过改变第二透镜62与第一透镜61之间的距离D，即可改变这些入射到聚焦装置6的平行光的相交点P的位置，从而实现调焦，即，改变激光测振设备的工作距离。

在其他实施例中，聚焦装置中的透镜可以采用凹透镜和凸透镜。

图3是根据本发明另一实施例的激光测振设备的侧视图。图3所示的实施例与图1所示的实施例类似，两者的差别仅在于图3所示的聚焦装置6’中采用了凹透镜63和凸透镜64。入射到聚焦装置6’的平行光首先经过凹透镜63发散，之后被凸透镜64汇聚，最终在P’点相交。与图1所示的情况类似，图3所示的激光测振设备中，第二激光器2被第三激光器3挡住。实际上，由第二激光器2发出、之后经过第二光路改变装置5改变光路后出射的光与第一光路改变装置4出射的光、以及第三激光器3出射的光为平行光，这三束光均会在P’点相交。在图3所示的实施例中，采用了凸透镜和凹透镜，可以将这两个透镜的距离设计为更小，有效减少激光测振设备在水平方向上(z方向)的尺寸，进一步减小设备的体积，方便测振设备的安装和使用。

图4是根据本发明再一实施例的激光测振设备的侧视图。图4所示的实施例与图3所示的实施例类似，两者的差别仅在于图4中所示的聚焦装置6”将图3所示聚焦装置6’中凹透镜63和凸透镜64的位置调换。在图4所示的聚焦装置6”中，凹透镜63位于凸透镜64的焦距以内。这样，入射到聚焦装置6”的平行光首先被凸透镜64汇聚，之后经过凹透镜63发散，最终在P”点相交。与图1所示的情况类似，图4所示的激光测振设备中，第二激光器2被第三激光器3挡住。实际上，由第二激光器2发出、之后经过第二光路改变装置5改变光路后出射的光与第一光路改变装置4出射的光、以及第三激光器3出射的光为平行光，这三束光均会在P”点相交。在图4所示的实施例中，采用了凸透镜和凹透镜，且这两个透镜彼此靠近，从而有效减少激光测振设备在水平方向上(z方向)的尺寸，进一步减小设备的体积，方便测振测量设备的安装和使用。

类似地，图3和图4所示的实施例中，同样可以改变凹透镜63和凸透镜64之间的距离D，以调节P’和P”点的位置。

在图1至图4所示的实施例中，聚焦装置可以包括透镜，通过改变透镜之间的距离，即可在很大范围内调节激光测振设备的工作距离，在所需的位置处让光束汇聚，从而在不同的安装环境下对不同距离的对象进行振动测量；不仅如此，由于聚焦装置中仅包含尺寸较小的透镜，而且内部结构较为简单，所以实现起来很容易，成本较低，易于制造加工。

应当注意的是，图1至图4所示结构仅仅用于说明本发明的技术方案。实际上，聚焦装置中的光学镜/光学镜组的设置并不局限于图1至图4所示的情况，而是可以采用其他类型、其他数量的光学器件。

此外，为了让第一至第三激光器所发出的光能够在实际要求的聚焦位置处汇聚为一点，以测量与激光测振设备相距不同距离的被测对象。在本发明的一个实施例中，激光测振设备可以对第一至第三激光器所发出光的相交位置进行调节，即，调节聚焦装置的焦距。在本实施例中，激光测振设备可以进一步包括：

图像采集装置，用于拍摄由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑；其中，该预定焦距位置可以理解为未来被测对象所在的位置；

驱动机构(例如，可以是电机等)，用于驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，以改变聚焦装置的焦距；驱动机构可以驱动聚焦装置中的全部透镜运动，也可以仅驱动部分透镜运动，目的在于改变透镜之间的相对距离，从而调节经过这些透镜的光的相交位置，即，调节聚焦装置的焦距；

处理器，与图像采集装置连接，用于对由图像采集装置拍摄的图像进行分析，确定由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑之间的相对位置关系，并根据相对位置关系控制驱动机构改变聚焦装置的焦距。假设在进行振动测量时，被测对象与聚焦装置之间的距离应当为M，则可以将测试用的标靶(或被测对象)放置在该焦距位置处，如果聚焦装置的焦距不等于M，则经过聚焦装置汇聚的光不会在标靶上相交在一起，而是会呈现多个光斑。处理器就可以根据光斑之间的位置关系确定应当如何改变聚焦装置中透镜的位置关系(例如，在图1所示的实施例中，可以确定沿着z方向朝左还是朝右移动透镜62、以及移动的距离)，进而将控制信号输出给驱动机构，由驱动机构驱动聚焦装置中透镜62运动，进而将第一至第三激光器在标靶形成的光斑重合，即完成调节。

通过图像采集装置对激光器形成的光斑进行拍摄，由处理器根据各激光器所形成光斑的相对位置控制驱动机构调节聚焦装置的焦距，能够将多个激光器的光束自动对准到一点，从而完成有效地振动测量，这种基于图像识别的调节方式具有较高的精度，同时减少了人工操作量，具有更高的效率。

此外，在本发明的一个实施例中，在调节聚焦装置的焦距时，处理器可以多次控制驱动机构，以驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，改变聚焦装置的焦距。

其中，在处理器每次控制驱动机构改变聚焦装置的焦距后，图像采集装置均对本次焦距改变后的光斑进行拍摄；根据当前拍摄的图像中第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系，处理器就能够确定进行下一次调节时聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动的距离，直至第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑重合，处理器确定调节完成。在本实施例中，每次调节后都根据本次调节的结果进行下一次调节，相当于采用了闭环调节的方式，从而能够自动不断修正聚焦装置的焦距，进一步提高调节精度，进而有助于提高振动测量的准确性。

在进一步的实施例中，处理器可以与第一激光器、第二激光器以及第三激光器中的至少之二连接，用于分别调节所连接的激光器出射光束的宽度，处理器可以控制图像采集装置，使图像采集装在在处理器每次调节一个激光器的光束宽度后，就对当前所形成的光斑进行拍摄。这样，当前拍摄得到的图像中就包含了因为调节光束宽度而发生尺寸变化的光斑，处理器就能够根据图像采集装置拍摄的图像确定光斑与激光器之间的对应关系。

例如，假设标靶上出现了三个光斑A、B和C，图像采集装置进行拍摄，得到图像1。首先可以调节第一激光器所发出光束的宽度，在调节后处理器控制图像采集装置进行拍摄，得到当前图像2。图像2中同样存在三个光斑，在图像2中，与图像1中的光斑A位置相同的光斑的尺寸发生变化，改变为光斑A’，则可以确定第一激光器所发出的光在标靶上形成的光斑为光斑A。之后，可以调节第二激光器所发出光束的宽度，调节完之后控制图像采集装置进行拍摄，得到图像3。将图像3和图像1和/或图像2比较后，发现图像3中与图像1和/或图像2中光斑B位置相同的光斑尺寸发生变化，改变为光斑B’，则可以确定第二激光器所发出的光在标靶上形成的光斑为光斑B。这样，处理器就可以根据激光器与光斑的对应关系，确定由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系，进而判断如何调节聚焦机构中的透镜，例如，可以确定透镜运动的方向，以及运动的距离。

在实际应用中，透镜位置的调节可以采用步进电机和凸轮来实现。根据各个激光器的光斑之间的相对位置关系，处理器可以直接确定出步进电机应当行进的方向和行进步数，进而通知给驱动机构。

通过准确识别各个激光器与光斑的对应关系，能够更加有针对性地对激光测振设备进行调焦(校准)，有效提高了调节的效率。

此外，从第三激光器的出射光路方向上观察，第一光路改变装置和第二光路改变装置发出的光以及第三激光器所发出的光形成三棱锥体。也就是说，上述第一光路改变装置、第二光路改变装置以及第三激光器所发出的光在与第三激光器的出射光路垂直的平面上的照射点之间的连线形成三角形。以便在三维立体空间内的实现各个方向上的振动测量。

优选地，为了便于进行计算位移分量，三棱锥体的底面为直角三角形，从第三激光器的出射光路方向上观察，第三激光器所发出的光为直角三角形的直角顶点。也就是说，上述第一光路改变装置、第二光路改变装置以及第三激光器所发出的光在与第三激光器的出射光路垂直的平面上的照射点之间的连线形成直角三角形，第三激光器所发出的光在上述平面上的照射点为该直角三角形的直角顶点，以便在进行三维空间内的振动测量过程中，减少运算量。

在以上描述的实施例中，以驱动机构驱动聚焦装置的透镜组中的至少部分透镜运动(改变透镜之间的相对位置)为例进行了说明。实际上，本发明的技术方案并不限于此。在其他实施例中，聚焦装置中的部分或全部透镜以可运动的方式安装，并且，以这种方式安装的光学镜可以在手动机构的驱动下运动，而并不限于在驱动机构的驱动下运动。例如，在图1至图4所示的实施例中，透镜可以在手动机构的驱动下，沿着光轴方向进行往复运动。

此外，在其他实施例中，聚焦装置作为一个整体，以可运动的方式安装。在聚焦装置运动的情况下，其与第一至第三激光器、以及第一和第二光路改变机构之间的相对位置关系就会改变，进而改变聚焦装置出射光的汇聚位置，从而实现对焦。具体而言，可以通过驱动机构(例如，电机等)驱动聚焦装置运动以进行对焦，也可以通过手动机构驱动聚焦装置运动以进行对焦。

根据本发明的实施例，还提供了一种激光测振设备的调节方法，用于调节上述实施例中激光测振设备的焦距。

如图5所示，根据本发明实施例的调节方法包括：

步骤S501，图像采集装置拍摄由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑，得到光斑图像；

步骤S503，处理器对光斑图像进行分析，确定由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系；

步骤S505，根据相对位置关系，处理器控制驱动机构驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，以调节聚焦装置的焦距。

通过采用图像采集装置对激光器形成的光斑进行拍摄，以便根据各激光器所形成光斑的相对位置控制驱动机构调节聚焦装置的焦距，能够将多个激光器的光束自动对准到一点，从而在对于工作距离的需求不同的场景中完成振动测量；并且，上述调节过程采用图像识别的方式，因此在调节焦距时具有较高的精度，同时减少了人工操作量。

在一个实施例中，处理器进一步与第一激光器、第二激光器以及第三激光器中的至少之二连接，上述调节方法可以进一步包括：

在确定相对位置关系之前，处理器依次调节所连接的激光器出射光束的宽度，在每次调节一个激光器的出射光束的宽度后，图像采集装置对第一激光器、第二激光器以及第三激光器当前形成的光斑进行拍摄，处理器根据图像采集装置当前拍摄的图像中光斑的变化情况，确定光斑与激光器之间的对应关系。基于对应关系，处理器就可以确定由第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系。之后，处理器可以根据相对位置关系控制驱动机构驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，将聚焦装置的焦距调节至预定焦距位置处。

通过由处理器分别控制每个激光器所发出光束的宽度，并对相应的光斑进行识别，能够准确地识别各个激光器与光斑的对应关系，进而能够更加有针对性地进行调节，有效提高了校准的效率。

此外，在一个实施例中，在调节聚焦装置的焦距时，处理器多次控制驱动机构，以驱动聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，改变聚焦装置的焦距。其中，在处理器每次控制驱动机构改变聚焦装置的焦距后，图像采集装置均对本次焦距改变后的光斑进行拍摄；根据当前拍摄的图像中第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系，处理器确定进行下一次聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动的距离，直至第一光路改变装置、第二光路改变装置以及第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑重合。

通过采用闭环控制的方式以多次调节改变焦距，根据前一次调节的结果进行下一次调节，能够自动修正聚焦装置的焦距，进一步提高焦距调节的精度，进而提高振动测量的准确性。

综上所述，借助于本发明的技术方案，采用光路改变装置来改变激光器的出射光路，使得多个激光器发出的平行光束能够彼此更加靠近，只要通过相对小型的镜组即可接收到所有的平行光，从而避免在聚焦装置中采用大尺寸透镜，减小了激光测振设备的体积和重量，让激光测振设备的安装更加容易和方便；此外，相比于大尺寸透镜，小型的镜组的价格更加便宜，制造也更加容易，所以本发明的激光测振设备还有效降低了设备的成本，让设备的制造更加容易，有助于大规模部署和使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (14)

1.一种激光测振设备，其特征在于，包括：第一激光器、第二激光器、第三激光器以及聚焦装置，其中，所述聚焦装置包括多个透镜，由所述第三激光器出射的光沿所述多个透镜的光轴传输；

所述第一激光器的出射光路上设置有第一光路改变装置，所述第一光路改变装置用于改变来自所述第一激光器的光的光路；所述第二激光器的出射光路上设置有第二光路改变装置，所述第二光路改变装置用于改变来自所述第二激光器的光的光路；所述第一光路改变装置和所述第二光路改变装置的出射光与所述第三激光器的出射光平行，所述聚焦装置用于对来自所述第一光路改变装置、所述第二光路改变装置和所述第三激光器的平行光进行聚焦；

所述第一光路改变装置和所述第二光路改变装置中的每一个的出射光路与所述第三激光器的出射光路之间的距离为第一距离，所述第一激光器和所述第二激光器的出射位置与所述第三激光器的出射光路之间的最小距离为第二距离，所述第一距离小于所述第二距离。

2.根据权利要求1所述的激光测振设备，其特征在于，进一步包括：

图像采集装置，用于拍摄由所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑；

驱动机构，用于驱动所述聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，以改变所述聚焦装置的焦距；

处理器，与所述图像采集装置连接，用于对由所述图像采集装置拍摄的图像进行分析，确定由所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器的出射光在所述预定焦距位置处所形成的光斑之间的相对位置关系，并根据所述相对位置关系控制所述驱动机构改变所述聚焦装置的焦距。

3.根据权利要求2所述的激光测振设备，其特征在于，所述处理器进一步与所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器中的至少之二连接，用于依次调节所连接的激光器出射光束的宽度，所述图像采集装置用于在所述处理器每次调节一个激光器的光束宽度后对所形成的光斑进行拍摄，所述处理器根据所述图像采集装置拍摄的图像确定光斑与激光器之间的对应关系；

所述处理器根据所述对应关系，确定由所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系。

4.根据权利要求1所述的激光测振设备，其特征在于，所述第一光路改变装置和所述第二光路改变装置均包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜设置在激光器的出射光路上，并将该激光器出射的光反射至所述第二反射镜；

所述第二反射镜用于对来自所述第一反射镜的光进行反射，所述第二反射镜的出射光与所述第三激光器的出射光平行。

5.根据权利要求1所述的激光测振设备，其特征在于，所述聚焦装置包括第一透镜和第二透镜。

6.根据权利要求5所述的激光测振设备，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜为凸透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜的焦距以外，入射到所述聚焦装置的平行光首先经过所述第一透镜汇聚，之后被所述第二透镜汇聚。

7.根据权利要求5所述的激光测振设备，其特征在于，所述第一透镜为凹透镜，所述第二透镜为凸透镜，入射到所述聚焦装置的平行光首先经过所述第一透镜被发散，之后被所述第二透镜汇聚。

8.根据权利要求5所述的激光测振设备，其特征在于，所述第一透镜为凸透镜，所述第二透镜为凹透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜的焦距以内，入射到所述聚焦装置的平行光经所述第一透镜被汇聚后入射到所述第二透镜，由所述第二透镜改变光的汇聚位置。

9.根据权利要求1所述的激光测振设备，其特征在于，从所述第三激光器的出射光路方向上观察，所述第一光路改变装置和所述第二光路改变装置发出的光以及所述第三激光器所发出的光形成三棱锥体。

10.根据权利要求9所述的激光测振设备，其特征在于，所述三棱锥体的底面为直角三角形，从所述第三激光器的出射光路方向上观察，所述第三激光器所发出的光为直角三角形的直角顶点。

11.根据权利要求1所述的激光测振设备，其特征在于，进一步包括：

手动机构，用于驱动所述聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，以改变所述聚焦装置的焦距。

12.一种激光测振设备的调节方法，其特征在于，用于调节根据权利要求1至11中任一项所述的激光测振设备的焦距，所述调节方法包括：

图像采集装置拍摄由所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器的出射光在预定焦距位置处所形成的光斑，得到光斑图像；

处理器对所述光斑图像进行分析，确定由所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系；

根据所述相对位置关系，所述处理器控制驱动机构驱动所述聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，将所述聚焦装置的焦距调节至所述预定焦距位置处。

13.根据权利要求12所述的调节方法，其特征在于，所述处理器进一步与所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器中的至少之二连接，所述调节方法进一步包括：

在确定所述相对位置关系之前，所述处理器依次调节所连接的激光器出射光束的宽度，在每次调节一个激光器的出射光束的宽度后，所述图像采集装置对所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器当前形成的光斑进行拍摄，所述处理器根据所述图像采集装置当前拍摄的图像中光斑的变化情况，确定光斑与激光器之间的对应关系；

并且，所述处理器根据所述对应关系，确定由所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系；

根据所述相对位置关系，所述处理器控制驱动机构驱动所述聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，将所述聚焦装置的焦距调节至所述预定焦距位置处。

14.根据权利要求12所述的调节方法，其特征在于，在调节所述聚焦装置的焦距时，所述处理器多次控制所述驱动机构驱动所述聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动，改变所述聚焦装置的焦距；

其中，在所述处理器每次控制所述驱动机构改变所述聚焦装置的焦距后，所述图像采集装置均对本次焦距改变后的光斑进行拍摄；根据当前拍摄的图像中所述第一激光器、所述第二激光器以及所述第三激光器的出射光所形成的光斑之间的相对位置关系，所述处理器确定进行下一次调节时所述聚焦装置中的多个透镜中的至少部分透镜运动的距离，直至所述第一光路改变装置、所述第二光路改变装置以及所述第三激光器的出射光在所述预定焦距位置处所形成的光斑重合。