CN106404152A - 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，包括：第一激光器、第二激光器、第三激光器、第一反射机构和第二反射机构；其中，第一反射机构设置在第一激光器的出射光路上，第一反射机构用于改变来自第一激光器的光的光路；第二反射机构设置在第二激光器的出射光路上，第二反射机构用于改变来自第二激光器的光的光路；第一反射机构和第二反射机构的出射光均与第三激光器的出射光汇聚；第一反射机构和第二反射机构中的每一个均包括光学镜组和驱动机构，驱动机构用于驱动光学镜组中的光学镜运动，改变出射光的方向。本发明能够简单、有效地改变激光测振设备的工作距离，且能够减小激光测振设备的体积和重量、降低成本、让设备的制造更加容易。

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。

在采用透镜实现多路光汇聚的方案中，由于透镜的焦距固定，所以难以改变多路光汇聚的位置，这样就会导致激光测振组件的工作距离固定，被测振动物体只能放置在透镜焦点处才能进行测试，这样就会导致测振组件的安装和使用受到很大限制。

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，通过聚焦透镜接收来自这些激光器的平行光，进而将这些光汇聚到一点，但是该专利并没有针对如何改变光的汇聚位置而提出有效的解决方案。

另外，在该专利所公开的方案中，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工作距离固定、体积和重量大、成本高问题，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，能够改变光束的汇聚位置，从而根据需要改变工作距离，还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、第一反射机构和第二反射机构；

其中，第一反射机构设置在第一激光器的出射光路上，第一反射机构用于改变来自第一激光器的光的光路；第二反射机构设置在第二激光器的出射光路上，第二反射机构用于改变来自第二激光器的光的光路；第一反射机构和第二反射机构的出射光均与第三激光器的出射光汇聚；

第一反射机构和第二反射机构中的每一个均包括光学镜组，光学镜组中的部分或全部光学镜以可运动的方式安装。

在一个实施例中，根据本发明实施例的激光测振设备可以进一步包括：

驱动机构，设置于第一反射机构和第二反射机构中，驱动机构用于驱动第一反射机构和第二反射机构中光学镜组的光学镜运动，以改变出射光的方向；

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聚焦位置处所形成的光斑；

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第一反射机构和/或第二反射机构的驱动机构，驱动第一反射机构和/或第二反射机构中光学镜组的光学镜运动，以改变第一反射机构和/或第二反射机构的出射光方向。

进一步地，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两个连接，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，在一个实施例中，上述第一反射机构包括在竖直方向上设置的第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜设置在第一激光器的出射光路上，并将第一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为汇聚光；

其中，一方面，第一反射镜和第二反射镜中的一个安装于第一支承轴，并在驱动机构的驱动下围绕第一支承轴转动；第一反射镜和第二反射镜中的另一个安装于第二支承轴，并在驱动机构的驱动下围绕第二支承轴转动；第二支承轴与水平方向平行，并与第三激光器的出射光路空间垂直，第一支承轴与第二支承轴空间垂直。

进一步地，第一反射镜安装于第一支承轴，第二反射镜安装于第二支承轴。

另一方面，在竖直方向上，第一激光器、第一反射镜和第二反射镜位于第三激光器的出射光路的同侧。

进一步地，第一激光器、第一反射镜和第二反射镜均设置在第三激光器的出射光路上方，并且第一反射镜位于第二反射镜下方。

此外，在竖直方向上，相对于第二反射镜，第一激光器和第一反射镜位于第三激光器的出射光路的相对侧。

进一步地，在竖直方向上，第一激光器和第一反射镜位于第三激光器的出射光路上方，第二反射镜位于第三激光器的出射光路下方。

此外，第二激光器与第三激光器在水平方向上并排放置，第二反射机构包括在水平方向上设置的第三反射镜和第四反射镜，第三反射镜设置在第二激光器的出射光路上，并将第二激光器出射的光反射至第四反射镜；

第四反射镜用于对来自第三反射镜的光进行反射，第四反射镜的出射光与第三激光器的出射光为汇聚光；

其中，第三反射镜和第四反射镜中的一个安装于第三支承轴，并在驱动机构的驱动下围绕第三支承轴转动；第三反射镜和第四反射镜中的另一个安装于第四支承轴，并在驱动机构的驱动下围绕第四支承轴转动；第四支承轴与水平方向垂直，并与第三激光器的出射光路空间垂直，第三支承轴与第四支承轴空间垂直。

进一步地，第三反射镜安装于第三支承轴，第四反射镜安装于第四支承轴。

此外，在水平方向上，第二激光器、第三反射镜和第四反射镜位于第三激光器的出射光路的同侧，第四反射镜相比于第三反射镜远离第三激光器的出射光路；或者

在水平方向上，相对于第四反射镜，第二激光器和第三反射镜位于第三激光器的出射光路的相对侧。

此外，从第三激光器的出射光路方向上观察，第一反射机构和第二反射机构所反射的光以及第三激光器所发出的光形成三棱锥体。

其中，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，用于驱动第一反射机构和/或第二反射机构的光学镜组中的全部或部分光学镜运动。

根据本发明的另一方面，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光束汇聚位置。

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，处理器控制第一反射机构和/或第二反射机构的驱动机构，驱动第一反射机构和/或第二反射机构中光学镜组的光学镜运动，以改变第一反射机构和/或第二反射机构的出射光方向，使得第一反射机构、第二反射机构以及第三激光器出射的光在预定位置处汇聚。

此外，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；

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，处理器控制第一反射机构和/或第二反射机构的驱动机构驱动光学镜组的光学镜运动，使得第一反射机构、第二反射机构以及第三激光器出射的光在预定位置处汇聚。

此外，在使得第一反射机构、第二反射机构以及第三激光器出射的光在预定位置处汇聚时，处理器多次控制第一反射机构和/或第二反射机构中的驱动机构改变出射光的方向；

其中，在处理器每次控制第一反射机构和/或第二反射机构中的驱动机构改变出射光的方向后，图像采集装置均对本次出射光方向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，处理器再次控制第一反射机构和/或第二反射机构中的驱动机构改变出射光的方向，直至第一反射机构、第二反射机构以及第三激光器的出射光在预定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)本发明能够简单、有效地调节激光器出射光束的汇聚位置，从而在很大范围内改变激光测振设备的工作距离，有助于在不同的工况下使用激光测振设备，避免激光测振设备的使用受到实际情况的限制；另外，本发明的激光测振设备无需采用透镜来汇聚光束，而是借助反射机构来实现汇聚，从而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；不仅如此，相比于大尺寸透镜，反射机构的价格更加便宜，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反射机构的出射光方向，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，具有较高的调节精度，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反射机构的出射光方向，并根据前一次调节的结果进行下一次调节，能够自动修正光束汇聚的位置，进一步提高调节精度，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，有效提高了调节的效率；

(5)在本发明的一个实施例中，反射机构中的两个反射镜位于第三激光器的出射光路两侧，这样能够较小反射机构所占的空间，有助于减小激光测振设备的体积；

(6)在本发明的一个实施例中，反射机构中的两个反射镜位于第三激光器的出射光路的同侧，这样能够让反射机构所射出的光与第三激光器的出射光之间的夹角更大，从而为各个方向上振动分量的测量提供更多帮助，有助于提高测量的精确度。

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是图3所示激光测振设备的俯视图；

图5是根据本发明实施例的激光测振设备经过封装后的结构示意图；

图6是图5所示的激光测振设备的内部结构示意图；

图7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。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的激光测振设备包括：第一激光器1、第二激光器2、第三激光器3、第一反射机构4和第二反射机构5。

如图1所示，从侧面观察，根据本实施例的激光测振设备的第二激光器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。第一反射机构4的出射光与第三激光器3的出射光在P点汇聚(即，两束沿不同方向传输的光在P点相交)。

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反射机构5。

参照图1，第一反射机构4包括第一反射镜41和第二反射镜42，这两个反射镜在竖直方向(图1所示的x方向)上排列，其中，第一反射镜41用于对来自第一激光器1的光进行反射，第二反射镜42对来自第一反射镜41的光进行反射。第一反射机构4射出的光与第三激光器3射出的光在P点汇合(相交)，其中，第三激光器3射出的光可以不经过反射镜，而直接与第一反射机构4射出的光相交。

在本实施例中，第一反射机构4中的两个反射镜41和42位于第三激光器3的出射光路两侧，这样能够减小第一反射机构4在x方向上所占的空间，有助于减小激光测振设备的体积。

进一步地，在调节第一反射机构41的出射光方向时，可以采用多种方式来实现第一反射机构41。例如，图1中示出了第一反射机构4中的第一支承轴411和第二支承轴421，其中，第二支承轴421与水平方向(图1中所示的z方向)平行(第二支承轴421沿着图1所示的y方向延伸，y方向与xz平面垂直)，并与第三激光器3的出射光路空间垂直，第一支承轴411与第二支承轴421空间垂直，并与水平面(xz平面)成一定角度。

在图1所示的实施例中，第一反射镜41安装于第一支承轴411，并在反射机构4中驱动机构(未示出，例如，可以是电机等部件)的驱动下围绕第一支承轴411转动，即，沿着图1中所示的M方向上转动，改变出射光在y方向上的角度。第二反射镜42安装于第二支承轴421，并在驱动机构的驱动下围绕第二支承轴421转动，即，沿着图1中所示的N方向上转动，使得出射光在竖直方向(x方向)上摆动。

由于第二反射镜42在转动角度很大的情况下，都能够接收到第一反射镜41所反射的光，所以图1所示的实施例能够让第一反射机构4的出射光与第三激光器的出射光的相交点在很大范围内变化(理论上来说，通过改变第一和第二反射镜之间的位置关系，例如，将第二反射镜设置在第一反射镜的右侧，相交点与激光测振设备之间的距离可以达到无穷远)，让激光测振设备的工作范围满足实际需求。

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)。图2中省略了设置在第一激光器1出射光路的第一反射机构4以及第一激光器1的出射光。

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反射机构5，第二反射机构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；第二反射机构5的出射光与第三激光器3的出射光汇聚(即，两束沿不同方向传输的光相交)，例如，可以同样在P点汇聚(如果第二反射机构5的出射光与第三激光器3的出射光在一个位置汇聚，第一反射机构4的出射光与第三激光器3的出射光在另一不同位置汇聚，则可以调节第一反射机构4和/或第二反射机构5中的反射镜)。

在图2中还示出了第二反射机构5中的第三支承轴511和第四支承轴521，第四支承轴521与水平方向垂直(与图1中的水平面yz垂直，沿着图2中的x方向延伸，与z方向垂直)，并与第三激光器的出射光路空间垂直，第三支承轴511与第四支承轴521空间垂直在图2所示的实施例中，第三反射镜51安装于第三支承轴511，并在反射机构5中驱动机构(未示出)的驱动下围绕第三支承轴511转动，即，沿着图2中所示的M’方向上转动，改变出射光在x方向上的角度。第四反射镜52安装于第四支承轴521，并在驱动机构的驱动下围绕第四支承轴521转动，即，沿着图2中所示的N’方向上转动，使得出射光在y方向上摆动。

在图2所示的实施例中，第二反射机构5中的两个反射镜51和52位于第三激光器3的出射光路两侧(相对侧)，这样能够减小第二反射机构5在y方向上所占的空间，有助于减小激光测振设备的体积。

另外，由于第四反射镜52在转动角度很大的情况下，都能够接收到第三反射镜51所反射的光，图2所示的实施例能够让第二反射机构5的出射光与第三激光器的出射光的相交点在很大范围内变化(理论上来说，通过设计第三反射镜和第四反射镜之间的位置关系，例如，将第四反射镜设置在第三反射镜的右侧，可以让第二反射机构的出射光与第三激光器的出射光的相交点位于无穷远)，让激光测振设备的工作范围满足实际需求。

以上结合图1和图2所述的仅仅是本发明的具体实施例。在其他实施例中，对于第一反射机构4，其中的第一支承轴411和第二支承轴421的位置可以调换，即，让第一反射镜41沿着图1所示的N方向转动，使得经第一反射镜41反射的光在x方向上摆动，而让第二反射镜42沿着图1所示的M方向转动，让经第二反射镜42出射的光在y方向上摆动。只要能够保证第一反射镜41反射的光能够被第二反射镜42收到并反射，即可改变第一反射机构4的出射光与第三激光器3的出射光的相交点位置。类似地，对于第二反射机构5中的第三支承轴511和第四支承轴521，同样可以进行类似调换，这里不再赘述。

图3是根据本发明另一实施例的激光测振设备的侧视图。如图3所示，第一反射镜41同样用于实现光在y方向的摆动，第二反射镜42用于实现光在x方向上的摆动，以调节第一反射机构4的出射光与第三激光器3的出射光的相交点P。相比于图1所示的实施例，图3所示实施例的差别在于改变了第一转向机构中第一反射镜41和第二反射镜42的位置。如图3所示，第一反射镜41和第二反射镜42位于第三激光器3的出射光路的同侧，即，均位于第三激光器3的出射光路的上方。相比于图1所示的实施例，第二反射镜42与第三激光器3的出射光路之间的距离被增大，也就是说，在相交点位置相同的情况下，图3所示的实施例增大了第一反射机构4的出射光与第三激光器3的出射光之间的夹角。

类似地，相比于图2所示的实施例，图4所示的实施例改变了第三反射镜51和第四反射镜52的位置，让第二反射机构5中第四反射镜52相比于第三反射镜51在水平方向(y方向)上与第三激光器3的出射光的距离更远，增大了第二反射机构5的出射光与第三激光器3的出射光之间的夹角。

通过让反射机构所射出的光与第三激光器的出射光之间的夹角更大，能够为各个方向上振动分量的测量提供更多帮助，有助于提高测量的精确度。

以上结合图1至图4描述了本发明的实施例，但是，在实际应用中，本发明并不局限于以上组合，而是可以将图1所示的第一反射机构与图4所示的第二反射机构组合，也可以将图2所示的第二反射机构与图3所示的第一反射机构组合。另外，在图1至图4中，第一至第四反射镜可以在所标注的方向以及反方向上绕相应的支承轴转动。

不仅如此，图1中示出了第一激光器1位于第三激光器3上方的实施例。在其他实施例中，第一激光器1也可以位于第三激光器3的下方，相应地，图1中的第一反射镜41和第二反射镜42的位置也可以调换。同理，对于图2所示的实施例，同样可以进行类似改变。

另外，在图3示出了第一激光器1和第一反射机构4均位于第三激光器3的出射光路上方的实施例。实际上，第一激光器1和第一反射机构4也可以均位于第三激光器3的出射光路下方。同理，对于图4所示的实施例，同样可以进行类似改变。

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预定位置(聚焦位置)处汇聚(相交)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，将调节激光测振设备的工作距离调节为制定。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位置处所形成的光斑，得到光斑图像；

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第一反射机构和/或第二反射机构的驱动机构，驱动第一反射机构和/或第二反射机构中光学镜组的光学镜运动，以改变第一反射机构和/或第二反射机构的出射光方向。

假设在进行振动测量时，被测对象与激光测振设备之间的距离为Q，则可以将测试用的标靶(或被测对象)放置在与激光测振设备距离为Q的位置处(即，预定位置)。如果激光测振设备中多个激光器所发出光的相交位置与激光测振设备的距离不等于Q，则激光测振设备所发出的多束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调节第一和/或第二反射机构中反射镜的角度，进而将控制信号输出给相应反射机构的驱动机构，由驱动机构调节反射机构的出射光方向，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。

例如，基于图1所示的实施例，假设第一激光器1所射出的光线与第三激光器3所射出的光线在标靶上所形成的光斑存在偏差，通过分析图像即可得到这两个光斑之间的位置关系(包括两个光斑之间的偏差是在x方向上、还是在y方向上、或是在x和y这两个方向上都存在偏差，还能够确定出偏差的大小)，进而确定应当如何调节第一反射镜41和/或调节第二反射镜42(如果两个光斑只在y方向上存在偏差，只要调节第二反射镜42的角度即可)，并且确定出调节时所应当对第一反射镜41和/或第二反射镜42旋转的角度。

这样就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调节精度，同时减少了人工操作量，具有更高的效率。

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两个连接，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大小发生变化的光斑，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位置相同的光斑尺寸发生变化，改变为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。在改变反射机构的出射光方向时，处理器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，进而判断如何反射机构，例如，当第一反射机构的出射光与第三激光器的出射光相交时，可以确定出当前只需要调节第二反射机构的出射光方向。

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第一至第四反射镜中部分或全部所应当旋转的角度，进而通知给相应反射机构的驱动机构。

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，在本发明的一个实施例中，在处理器每次改变第一反射机构和/或第二反射机构的出射光方向后，图像采集装置均对本次改变出射光方向后的光斑进行拍摄，处理器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，进一步改变第一反射机构和/或第二反射机构的出射光方向，直至第一激光器、第二激光器以及第三激光器的出射光所形成的光斑重合。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光束的相交位置，进一步提高调节精度，进而有助于提高振动测量的准确性。

图5是根据本发明实施例的激光测振设备封装后的结构示意图。如图5所示，第一激光器1所发出的光经第一反射机构(未示出)反射后，从第一出光口11射出；第二激光器2所发出的光经过第二反射机构(未示出)反射后，从第二出光口21射出；第三激光器3所发出的光从第三出光口31射出。

图6是图5所示的激光测振设备的内部结构图，其中，图6中省略了图5中所示的部分外部封装结构，从而表示出内部结构。

图6中所示出的激光测振设备包括一支撑架6，该支撑架设置在第一激光器1、第二激光器2以及第三激光器3的前方，并且在上述激光器的出射位置设置有开口，让光线通过。其中，支撑架6具有第一凸起部61、第二凸起部62、第三凸起部63和第四凸起部64。第一反射镜41连同相应的驱动机构以及支承轴(未示出)一起固定安装于第一突起部61；第二反射镜42连同相应的驱动机构以及支承轴(未示出)一起固定安装于第二突起部62；第三反射镜51连同相应的驱动机构以及支承轴(未示出)一起固定安装于第三突起部63；第四反射镜52连同相应的驱动机构以及支承轴(未示出)一起固定安装于第四突起部64。上述第一至第四反射镜连同相应的驱动机构和支承轴在安装在相应的突起部之后，能够在各自驱动机构的驱动下，绕各自支承轴旋转，从而改变反射光线的方向。

如图6所示，与图3所示的实施例相似，第一反射镜41和第二反射镜42用于反射第一激光器1射出的光，且第一反射镜41和第二反射镜42均位于第三激光器3的出射光路上方。不仅如此，图6所示的实施例与图4所示的相类似，第三反射镜51和第四反射镜52均位于第三激光器3的出射光的同侧(图6中示出为位于第三激光器3的右侧)。

此外，从第三激光器的出射光路方向上观察，第一反射机构和第二反射机构所反射的光以及第三激光器所发出的光形成三棱锥体。也就是说，上述第一反射机构、第二反射机构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，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。也就是说，上述第一反射机构、第二反射机构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(该平面垂直于第三激光器的出射光路)上的照射点为该三角形的直角顶点，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，以驱动机构驱动反射镜为例进行了说明。实际上，本发明的技术方案并不限于此。在其他实施例中，第一反射机构和第二反射机构的光学镜组中的部分或全部光学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，反射镜可以在手动机构的驱动下，围绕相应的支承轴进行旋转运动。

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，用于调节上述激光测振设备的光束汇聚位置(即，光束相交的位置)。

如图7所示，根据本发明实施例的激光测振设备的调节方法包括：

步骤S701，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位置处所形成的光斑，得到光斑图像；

步骤S703，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S705，根据相对位置关系，处理器控制第一反射机构和/或第二反射机构的驱动机构，驱动第一反射机构和/或第二反射机构中光学镜组的光学镜运动，以改变第一反射机构和/或第二反射机构的出射光方向，使得第一反射机构、第二反射机构以及第三激光器出射的光在预定位置处汇聚(相交)。

通过以上处理，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反射机构的出射光方向，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，具有较高的调节精度，同时减少了人工操作量。

在一个实施例中，根据本发明的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。之后，处理器即可根据相对位置关系，控制所述第一反射机构和/或所述第二反射机构的驱动机构驱动光学镜组的光学镜运动，使得第一反射机构、第二反射机构以及第三激光器出射的光在预定位置处汇聚。这样，就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，有效提高了调节的效率。

此外，在一个实施例中，在使得第一反射机构、第二反射机构以及第三激光器出射的光在预定位置处汇聚时，处理器可以多次控制第一反射机构和/或第二反射机构中的驱动机构改变出射光的方向，从而对第一反射机构和/或第二反射机构的出射光路进行多次调节；

其中，在处理器每次控制第一反射机构和/或第二反射机构中的驱动机构改变出射光的方向后，图像采集装置均对本次出射光方向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，处理器再次控制第一反射机构和/或第二反射机构中的驱动机构改变出射光的方向，直至第一反射机构、第二反射机构以及第三激光器的出射光在预定位置处所形成的光斑重合。这样，就相当于采用闭环控制的方式改变反射机构的出射光方向，每次调节后都根据当前结果进行下一次调节，能够自动修正光束汇聚的位置，进一步提高调节精度，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，能够简单、有效地调节激光器出射光束的汇聚位置，从而在很大范围内改变激光测振设备的工作距离，有助于在不同的工况下使用激光测振设备，避免激光测振设备的使用受到实际情况的限制；另外，本发明的激光测振设备无需采用透镜来汇聚光束，而是借助反射机构来实现汇聚，从而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；不仅如此，相比于大尺寸透镜，反射机构的价格更加便宜，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 (18)

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、第一反射机构和第二反射机构；

其中，所述第一反射机构设置在所述第一激光器的出射光路上，所述第一反射机构用于改变来自所述第一激光器的光的光路；所述第二反射机构设置在所述第二激光器的出射光路上，所述第二反射机构用于改变来自所述第二激光器的光的光路；所述第一反射机构和所述第二反射机构的出射光均与所述第三激光器的出射光汇聚；

所述第一反射机构和所述第二反射机构中的每一个均包括光学镜组，所述光学镜组中的部分或全部光学镜以可运动的方式安装。

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：

驱动机构，设置于所述第一反射机构和所述第二反射机构中，所述驱动机构用于驱动所述第一反射机构和所述第二反射机构中光学镜组的光学镜运动，以改变出射光的方向；

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聚焦位置处所形成的光斑；

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第一反射机构和/或所述第二反射机构的驱动机构，驱动所述第一反射机构和/或所述第二反射机构中光学镜组的光学镜运动，以改变所述第一反射机构和/或所述第二反射机构的出射光方向。

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两个连接，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，所述第一反射机构包括在竖直方向上设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜设置在所述第一激光器的出射光路上，并将所述第一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为汇聚光；

其中，所述第一反射镜和所述第二反射镜中的一个安装于第一支承轴，并在驱动机构的驱动下围绕第一支承轴转动；所述第一反射镜和所述第二反射镜中的另一个安装于第二支承轴，并在驱动机构的驱动下围绕第二支承轴转动；所述第二支承轴与水平方向平行，并与所述第三激光器的出射光路空间垂直，所述第一支承轴与所述第二支承轴空间垂直。

5.根据权利要求4所述的激光测振设备，其特征在于，所述第一反射镜安装于所述第一支承轴，所述第二反射镜安装于所述第二支承轴。

6.根据权利要求4所述的激光测振设备，其特征在于，在竖直方向上，所述第一激光器、所述第一反射镜和所述第二反射镜位于所述第三激光器的出射光路的同侧。

7.根据权利要求6所述的激光测振设备，其特征在于，所述第一激光器、所述第一反射镜和所述第二反射镜均设置在所述第三激光器的出射光路上方，并且所述第一反射镜位于所述第二反射镜下方。

8.根据权利要求4所述的激光测振设备，其特征在于，在竖直方向上，相对于所述第二反射镜，所述第一激光器和所述第一反射镜位于所述第三激光器的出射光路的相对侧。

9.根据权利要求8所述的激光测振设备，其特征在于，在竖直方向上，所述第一激光器和所述第一反射镜位于所述第三激光器的出射光路上方，所述第二反射镜位于所述第三激光器的出射光路下方。

10.根据权利要求1所述的激光测振设备，其特征在于，所述第二激光器与所述第三激光器在水平方向上并排放置，所述第二反射机构包括在水平方向上设置的第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜设置在所述第二激光器的出射光路上，并将所述第二激光器出射的光反射至所述第四反射镜；

所述第四反射镜用于对来自所述第三反射镜的光进行反射，所述第四反射镜的出射光与所述第三激光器的出射光为汇聚光；

其中，所述第三反射镜和所述第四反射镜中的一个安装于第三支承轴，并在驱动机构的驱动下围绕第三支承轴转动；所述第三反射镜和所述第四反射镜中的另一个安装于第四支承轴，并在驱动机构的驱动下围绕第四支承轴转动；所述第四支承轴与水平方向垂直，并与所述第三激光器的出射光路空间垂直，所述第三支承轴与所述第四支承轴空间垂直。

11.根据权利要求10所述的激光测振设备，其特征在于，所述第三反射镜安装于所述第三支承轴，所述第四反射镜安装于所述第四支承轴。

12.根据权利要求10所述的激光测振设备，其特征在于，在水平方向上，所述第二激光器、所述第三反射镜和所述第四反射镜位于所述第三激光器的出射光路的同侧，所述第四反射镜相比于所述第三反射镜远离所述第三激光器的出射光路；或者

在水平方向上，相对于所述第四反射镜，所述第二激光器和所述第三反射镜位于所述第三激光器的出射光路的相对侧。

13.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，所述第一反射机构和所述第二反射机构所反射的光以及所述第三激光器所发出的光形成三棱锥体。

14.根据权利要求13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。

15.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，用于驱动所述第一反射机构和/或所述第二反射机构的光学镜组中的全部或部分光学镜运动。

16.一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15中任一项所述的激光测振设备的光束汇聚位置，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，所述处理器控制所述第一反射机构和/或所述第二反射机构的驱动机构，驱动所述第一反射机构和/或所述第二反射机构中光学镜组的光学镜运动，以改变所述第一反射机构和/或所述第二反射机构的出射光方向，使得所述第一反射机构、所述第二反射机构以及所述第三激光器出射的光在所述预定位置处汇聚。

17.根据权利要求16所述的调节方法，其特征在于，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，所述处理器控制所述第一反射机构和/或所述第二反射机构的驱动机构驱动光学镜组的光学镜运动，使得所述第一反射机构、所述第二反射机构以及所述第三激光器出射的光在所述预定位置处汇聚。

18.根据权利要求16所述的调节方法，其特征在于，在使得所述第一反射机构、所述第二反射机构以及所述第三激光器出射的光在所述预定位置处汇聚时，所述处理器多次控制所述第一反射机构和/或所述第二反射机构中的驱动机构改变出射光的方向；

其中，在所述处理器每次控制所述第一反射机构和/或所述第二反射机构中的驱动机构改变出射光的方向后，所述图像采集装置均对本次出射光方向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，所述处理器再次控制所述第一反射机构和/或所述第二反射机构中的驱动机构改变出射光的方向，直至所述第一反射机构、所述第二反射机构以及所述第三激光器的出射光在所述预定位置处所形成的光斑重合。