CN106872032B - 一种机器人分布光度计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机器人分布光度计，包括第一机器人和第二机器人，所述的第一机器人和第二机器人均包括一个由地面支撑的底座、三个或以上的转动轴、转臂和位于转臂末端的夹持装置，所述的第一机器人的第一夹持装置夹装被测对象或者激发光源，所述的第二机器人上的第二夹持装置夹装用于接收测量被测对象光束的光学探测器，所述的被测对象为自发光光源或被激发光源照射下的二次光源。本发明利用第一机器人和第二机器人，结合支架和滑动导轨，提高了测试的灵活性，可满足灯具等普通照明光源、显示屏及二次光源等特殊光源的各种测试要求，具有功能强大、灵活性高、测试效率高、应用范围广等特点。
Description
技术领域
本发明涉及光辐射测量技术领域，具体涉及一种机器人分布光度计。
背景技术
分布光度计是测量灯具或光源配光性能及总光通量的光学仪器，一般由分布光度计转台和光度计组成，其中分布光度计转台用于支撑和定位被测对象及光学探测器。传统的分布光度计种类多样，但一般包含水平旋转轴和垂直旋转轴，受到旋转自由度的局限，在使用上有很大的限制。
近几年，将工业机器人引入分布光度计装置，利用工业机器人的灵活性，可以实现一台设备同时满足A-α，B-β，C-γ三种测试系统的角度要求，除了旋转之外，也能实现一定距离的平移，相对于传统分布光度计具有更高的灵活性，也节约了空间。
然而，目前的机器人分布光度计都只应用单个机器人和固定支架分别夹取被测对象和光学探测器来完成测试。当使用机器人夹持被测对象时，被测对象在机器人的带动上实现各种转动，其工作姿态势必会发生变化，但很多被测光源是对工作姿态非常敏感的，这样的测量方式会带来较大的误差；当使用机器人加持探测器时，探测器在机器人的带动下绕固定设置的被测对象转动或平移，虽然不存在工作姿态变化带来的测量误差问题，但机器人的回程半径有限，只能用来测量一些小型的光源。这种单个机器人的分布光度计在测试过程中存在很多局限性，这种测试方案只适用于普通光源和灯具的测量，无法满足大尺寸面光源测量所要求的回程半径，也不能满足材料的反射透射特性测量和显示屏在环境光下的对比度和视角等复杂的测量需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种机器人分布光度计，具有灵活度高、应用范围广、测量精度高等优点。本发明的机器人分布光度计，其特征在于，包括第一机器人和第二机器人，所述的第一机器人和第二机器人均包括一个由地面支撑的底座、三个或以上的转动轴、转臂和位于转臂末端的夹持装置；所述的第一机器人上的第一夹持装置夹装被测对象或者激发光源，所述的第二机器人的第二夹持装置夹装用于接收测量被测对象光束的光学探测器，所述的被测对象为自发光光源或被激发光源照射下的二次光源。
本发明通过两个机器人分别夹装被测对象、光学接收器或激发光源，来满足大尺寸光源、高自由度、多样化的测量需求；通过两个机器人相互组合，能大幅度增加了机器人的活动范围，实现大尺寸光源的均匀性、视角等的测量。同时如果被测对象对工作方位比较敏感，则两个机器人的设置则可以保证在被测对象始终工作在指定姿态下，就不存在由于工作姿态变化导致的发光不稳定带来的误差。一个典型的测量方案是，第一机器人上夹装被测对象，第二机器人上夹装光学探测器，第一机器人仅作平移运动和绕垂直轴线的转动，而第二机器人上的光学探测器则绕被测对象进行水平和垂直方向的转动，通过两个机器人的相对运动，测量距离以及被测对象的测量区域不仅可调而且最长可比仅用一个机器人增大至少一倍。
本发明还可通过以下技术方案进一步限定和完善：
作为一种技术方案，所述的第一机器人和第二机器人的转动轴包括与底座连接的绕垂直方向旋转的第一转动轴、与第一转动轴连接的绕水平轴旋转的第二转动轴、与第二转动轴通过连接臂相连接的绕水平轴旋转的第三转动轴、以及与第三转动轴相连接的第四转动轴。在具体的实施方案中，第一机器人和/或第二机器人还会包括更多转动轴。上述的第一机器人与第二机器人用于支承和定位被测对象和/或激发光源和/或光学探测器，通过转动轴与转臂的旋转配合，提供准确的被测对象和/或光学探测器和/或激发光源之间的空间相对角度位置。所述的第一机器人和第二机器人在外形尺寸、承重能力或转动轴数量可根据被测对象与光学探测器的重量和被测对象的测试需求进行选择，因此转动轴的数量与尺寸大小根据机器人型号的不同也有所不同。所述的夹持装置安装在转臂末端，用于自动夹装光学探测器和/或被测对象和/或激发光源，由各个转动轴相互配合带动光学探测器和/或被测对象和/或激发光源移动和/或旋转。
所述的机器人分布光度计，还包括与第一机器人和第二机器人相独立的支架；该支架上既可设置被测对象，也可用于设置照射被测对象的激发光源。所述的支架上设置被测对象时，所述的第一夹持装置夹装照射到被测对象上的激发光源，所述的第二夹持装置夹装接收来自被测对象光线的光学探测器；所述的支架上设置激发光源时，所述的第一机器人的第一夹持装置上夹装被测对象，激发光源照射到被测对象上，所述的第二机器人的第二夹持装置上夹装光学探测器。
上述技术方案适用于本身不发光或者具有荧光效应的材料的双向反射分布函数（BRDF）和双向透射分布函数（BTDF）测量。即第一机器人夹装激发光源在不同的方向上照射被测对象，同时在某一照射方向上，第二机器人上的光学接收器围绕被测对象旋转，测量在各个方向上被测对象的反射和透射的光辐射值；或者在第一机器人上夹装被测对象，所述的激发光源设置在支架上，而在第二机器人上设置光学接收器，通过三者的联动，实现BRDF和BTDF的测量。
上述的技术方案也适用于显示器等本身发光的测量对象。在第一机器人上夹装激发光源，在支架上设置被测显示屏，在第二机器人上安装光学探测器；或者在第一机器人上夹装被测对象，在支架上设置激发光源，而在第二机器人上安装光学探测器。在不使用激光光源时，若探测器是光度探测，则通过被测对象和光学探测器的平移和旋转，可测量被测对象在各个角度的光强分布；或探测器是亮度计，则能够测量被测对象表面各点在不同方向的亮度分布情况。而当使用激光光源时，通过调节被测对象与支架的位置关系，能够测量在不同方向的激发光下，被测对象本身的发光情况，特别适合于评估显示屏在不同环境光照下的亮度和对比度，以及显示屏的反射/透射特性。上述激发光源的发光光谱和强度可调节以实现不同环境光照射条件。
作为优选，所述的支架上还包含水平旋转轴和/或垂直旋转轴，该技术方案能够进一步提高测量的灵活性，增加角度自由度和回程半径。
作为优选，所述的第二机器人的第二夹持装置上设置有两个或以上光学探测器，或者所述的第二机器人的第二夹持装置上设置一个或以上光学探测器和一个或以上激发光源；通过夹持装置的旋转或平移将一个光学探测器和/或一个激发光源切入测量光路。
作为优选，所述的光学探测器为照度计和/或亮度计；所述的照度计包括单通道照度计、三通道或四通道的彩色照度计、光谱辐照度计；所述的亮度计包括单通道亮度计、三通道或四通道的彩色亮度计、二维成像亮度计、光谱辐亮度计。各种类型的照度/辐照度测量设备可实现光源的色温、色坐标、显色指数等光色度参数测量，还包括光源的光通量、照度等光学特性测量；亮度计可实现光源的空间亮度分布、均匀度等特性的测量。通过不同型号，不同种类的照度计与亮度计的组合，可满足被测对象的各种光色度参数、照度、亮度、空间分布、均匀性、对比度等性能的高精度测量，尤其可实现在日光照明、彩色景观照明、LED照明等多种照明环境下实现各种光学特性的高精度测量，测试范围广、精度高、应用范围广等特点。
作为优选，所述的机器人分布光度计，包括一个或以上滑动导轨，所述的第一机器人和/或第二机器人安装在滑动导轨上；根据不同被测对象的测试要求，第一机器人与第二机器人在滑动导轨上移动可调整测试距离，增加测试的灵活性和适用性，适用范围更加广泛。或者在滑动导轨上设置支架。
基于以上所述，与现有技术相比，本发明的优点在于，利用第一机器人和第二机器人，结合支架和滑动导轨，提高了测试的灵活性，并且根据被测对象不同的测试需求，调整光学探测器的种类和测试方案，可满足灯具等普通照明光源、显示屏及二次光源等特殊光源的各种测试要求，该技术具有功能强大、灵活性高、测试效率高、应用范围广等特点。
附图说明
附图1为实施例1中分布光度计装置的示意图。
附图2为实施例2中分布光度计装置的示意图。
附图3为实施例3中分布光度计装置的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅限于以下实施例。
实施例一
如图1所示，本机器人分布光度计，包括第一机器人1和第二机器人5与滑动导轨9。其中，所述的第一机器人1包括一个由地面支撑的底座2、三个或以上的转动轴8、转臂3和位于转臂3末端的第一夹持装置4；所述的第二机器人5包括一个由地面支撑的底座2、三个或以上的转动轴8、转臂3和位于转臂3末端的第二夹持装置12。
本实施例中，第一机器人1的第一夹持装置4夹装被测对象6，第二机器人5的第二夹持装置12上夹装两个光学探测器71,72。
本实施例中，用于夹装被测对象6的第一机器人1和用于夹装光学探测器7的第二机器人5因为承重不同，第一机器人1与第二机器人5的大小尺寸不相同。
本实施例中，被测对象6为灯具，光学探测器71为亮度计，光学探测器72为照度计。
本实施例中，第一机器人1固定安装在地面上，第二机器人5安装在滑动导轨9上。
本实施例主要测量灯具的光通量、光谱功率和色度参数随空间角度变化分布情况。第一机器人1可以自动夹装灯具，并自动连接供电及采样接口，第二机器人5夹装了两个光学探测器71,72，而已通过第二夹持装置12的旋转，实现光学探测器71和光学探测器72的切换；第一机器人1通过转动轴8旋转，带动其转臂3，使灯具垂直放置，点亮灯具；第二机器人5旋转，使得照度计或亮度计对准灯具的发光中心；在测试过程中照度计或亮度计始终对准灯具的发光中心，且测试距离不变；所有的测试过程均由计算机程序控制自动完成。
测试过程中，灯具根据A-α或B-β或C-γ等测试需求，包括但不仅限于以下几种测试方法：第一种，第一机器人1固定灯具，而第二机器人5带动光学探测器71或光学探测器72围绕灯具，沿水平轴和垂直轴方向旋转；第二种，第一机器人1带动灯具沿垂直轴方向旋转以及上下左右方向的平移，确保在测量过程中灯具的燃点姿态不发生变化，第二机器人5带动光学探测器71或光学探测器72围绕灯具作旋转。
该实施例适用于大部分例如灯具等普通光源的光强空间分布、均匀性的测量，第一机器人1、第二机器人5与滑动导轨9的相互配合，大大增强测试的灵活性和测试精度。
实施例二
如图2所示，本实施例的机器人分布光度计，包括第一机器人1，第二机器人5，支架11和滑动导轨9。所述的第一机器人1包括一个由地面支撑的底座2、三个或以上的转动轴8、转臂3和位于转臂3末端的第一夹持装置4；所述的第二机器人5包括一个由地面支撑的底座2、三个或以上的转动轴8、转臂3和位于转臂3末端的第二夹持装置12。
本实施例中，第一机器人1和第二机器人5均安装在地面上，支架11安装在第一机器人1和第二机器人5的中间区域，且安装在滑动导轨9上，该滑动导轨9纵向放置。
第一机器人1的第一夹持装置4夹装激发光源10，第二机器人5的第二夹持装置12夹装光学探测器7。
本实施例中，支架11夹装二次光源，该光学探测器7为照度计。
本实施例中，用于夹装激发光源10的第一机器人1和用于夹装光学探测器7的第二机器人5因为承重不同，第一机器人1与第二机器人5的大小尺寸不相同。
该实施例主要测量二次光源在入射方向、反射方向和透射方向上的光强分布、亮度分布、均匀性等光学特性。测试过程中，第一机器人1自动连接供电及采样接口，点亮激发光源10，发射准直光，第二机器人5夹装照度计；第一机器人1通过转动轴8的转动，带动激发光源10对准二次光源，点亮激发光源10。
根据二次光源双向反射分布函数（BRDF）和双向透射分布函数（BTDF）测量需求，支架11在滑动导轨9上的位置作适当调整，并配合第一机器人1和第二机器人5，带动二次光源在水平或者垂直轴方向旋转，调整与照度计、激发光源10的空间相对角度位置，使得激发光源10的光线对准二次光源的发光中心，照度计在二次光源入射方向、反射方向和透射方向进行测量；在测试过程中，照度计始终对准二次光源的发光中心，且测试距离不变；所有的测试过程可由计算机程序控制自动完成，也可以人工操作。
本实施例中，使用激光光源10，通过调节被测对象6与支架11的位置关系，能够测量在不同方向的激发光下，二次光源本身的发光情况。
本实施例中，支架还包括水平旋转轴，可带动二次光源沿水平方向旋转，配合第一机器人1和第二机器人5进行双向反射分布函数（BRDF）和双向透射分布函数（BTDF）测量。
本实施例中，通过调整支架11，第一机器人1和第二机器人5的测试距离与角度，可准确实现被测对象6与光学探测器7之间的空间相对角度位置，保证测试的精确度。
本实施例也可以用于物体表面光学特性的测量，利用第一机器人1夹装的激发光源10对物体进行照射，第二机器人5夹装的光学探测器7对物体表面不同角度的反射光进行测量，从而分析物体的表面光学特性。
实施例三
如图3所示，本实施例公开一种机器人分布光度计，包括第一机器人1，第二机器人5，支架11和滑动导轨9。所述的第一机器人1包括一个由地面支撑的底座2、三个或以上的转动轴8、转臂3和位于转臂3末端的第一夹持装置4；所述的第二机器人5包括一个由地面支撑的底座2、三个或以上的转动轴8、转臂3和位于转臂3末端的第二夹持装置12。
本实施例中，第一机器人1、第二机器人5和支架11均固定安装在地面上。
本实施例中，第一机器人1的第一夹持装置4夹装被测对象6显示屏，第二机器人5的第二夹持装置12夹装光学探测器7，激发光源10设置在支架11上。
本实施例中，光学探测器7为亮度计，激发光源10为白光光源。
第一机器人1夹装显示屏，并连接供电及采样接口，第二机器人5夹装亮度计；第二机器人5自动旋转转动轴8，使得亮度计对准显示屏测量点或测试区域的发光中心；一个测试点或测试区域测试完成后自动更换测试点或测试区域，此时，由第一机器人1与第二机器人5自动调整最佳的显示屏测试的空间相对角度位置；在测试过程中亮度计始终对准显示屏测量点或测量区域的发光中心，且测试距离不变；所有的测试过程均由计算机程序控制自动完成。
本实施例中，激发光源10为彩色照明光源，并可以根据测量需求调整发光光谱，其作用是照明显示屏，模拟景观照明环境，测量显示屏在日光照明环境光下的对比度、均匀性等光学性能等。
不同大小尺寸的显示屏对分布光度计的测试要求不同，通常小尺寸的显示屏要求被测光源6与光学探测器7之间的距离小，而越大尺寸的显示屏对距离及光学探测器7的精度要求越高，本实施例中的第一机器人1和第二机器人5也可以安装在滑动导轨9上，可以自由调整两者之间的测试距离，可以进一步提高测试的自由度和准确性。
以上实施例一、实施例二、实施例三与实施例四对本发明的技术方案作了具体说明，但本发明的技术方案不仅限于这些说明，本发明的保护范围由权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的简单改动都包括于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种机器人分布光度计，其特征在于，包括第一机器人（1）、第二机器人（5）和与第一机器人和第二机器人相独立的支架（11）；
所述的第一机器人（1）的第一夹持装置（4）夹装被测对象（6）或者激发光源（10），所述的第二机器人（5）上的第二夹持装置（12）夹装用于接收测量被测对象光束的光学探测器（7），其中，所述的被测对象（6）为自发光光源或被激发光源（10）照射下的二次光源；
所述第二机器人（5）的第二夹持装置（12）上设置有两个或以上光学探测器（7），通过第二夹持装置（12）的旋转或平移将所述光学探测器（7）切入测量光路；
所述的被测对象（6）设置在支架（11）上，所述的第一机器人（1）夹装照射到被测对象（6）上的激发光源（10），所述的第二机器人（5）夹装接收来自被测对象（6）光线的光学探测器（7），或者所述的第一机器人的第一夹持装置（4）上夹装被测对象，所述的支架（11）上设置照射到被测对象（6）上的激发光源（10），所述的第二夹持装置（12）上夹装光学探测器（7）；
所述的第一机器人（1）和第二机器人（5）均包括一个由地面支撑的底座（2）、三个或以上的转动轴（8）、转臂（3）和位于转臂末端的夹持装置（4）；
所述的支架（11）上包含水平旋转轴和/或垂直旋转轴。
2.如权利要求1所述的机器人分布光度计，其特征在于，所述的转动轴（8）包括与底座（2）连接的绕垂直方向旋转的第一转动轴、与第一转动轴连接的绕水平轴旋转的第二转动轴、与第二转动轴通过连接臂相连接的绕水平轴旋转的第三转动轴、以及与第三转动轴相连接的第四转动轴。
3.如权利要求1或2所述的机器人分布光度计，其特征在于，所述的光学探测器（7）为照度计和/或亮度计；所述的照度计包括单通道照度计、三通道或四通道的彩色照度计、光谱辐照度计；所述的亮度计包括单通道亮度计、三通道或四通道的彩色亮度计、二维成像亮度计、光谱辐亮度计。
4.如权利要求1或2所述的机器人分布光度计，其特征在于，包括一个或以上滑动导轨（9），所述的第一机器人（1）和/或第二机器人（5）安装在滑动导轨（9）上。
5.如权利要求1或2所述的机器人分布光度计，其特征在于，所述的第一机器人（1）和第二机器人（5）外形尺寸和/或承重能力和/或转动轴（8）数量相同或不相同。
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