CN106873124A - 一种自动调节焦距的方法 - Google Patents

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李海艳
陈新
何浩
魏登明
黄运保
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Abstract

本发明涉及一种自动调节焦距的方法，包括以下步骤：(1)激光束高速测量待测试物体到镜片组的距离；(2)转动待测试物体，使激光束打向物体其他部分；(3)系统接收距离信息，该距离为此刻镜片组中心至测试物体表面的直线距离；(4)系统通过设置好的算法进行计算，并返回微调操作信号；(5)系统将微调操作信号传给压电陶瓷微型驱动器，并判断是否进行微调操作；(6)驱动器接收信号，对镜片进行微调，改变镜片组焦距，实现焦距与测量值相同；(7)微调完成，在移动过后的待测试物体表面依然形成聚焦的激光点。本发明自动化和智能化高、解决焦距设计过程中出现作用范围小的问题、焦距调节范围大、使激光处理表面清洗技术更全面、更有效。

Description

一种自动调节焦距的方法
技术领域
本发明涉及激光清洗的技术领域，尤其涉及到一种自动调节焦距的方法。
背景技术
随着现代激光技术的成熟，激光加工已经进入各种行业领域。其中，激光除锈清洗技术在大型海洋工程装备除锈、轮胎模具清洗、文物及公共设施维护等领域皆有着广泛应用，具有无接触、无损伤、绿色环保、可控改变基底表面形态、较高工作效率等显著特点。但是，激光技术在清洗过程的重要技术难题也显现出来：如何才能很好加深激光的作用域？
我们容易发现，针对现代激光处理材料表面的清洗过程，为了加深激光作用域，焦距的调节是至关重要的一环。焦距不对，激光的能量就不能很好地在加工表面聚集，不能达到预期效果。现在的焦距调节还仅仅是依靠光学设计的技术，通过添加或减少光学镜片来实现焦距的宽作用范围。因此焦距调节范围很小，可塑性不高，对一些复杂的加工零件进行清洗的时候，无法起很好的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动化和智能化高、解决焦距设计过程中出现作用范围小的问题、焦距调节范围大、使激光处理表面清洗技术更全面、更有效的自动调节焦距的方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种自动调节焦距的方法，包括以下步骤：
(1)激光束高速测量待测试物体到镜片组的距离；
(2)转动待测试物体，使激光束打向物体其他部分；
(3)系统接收距离信息，该距离为此刻镜片组中心至测试物体表面的直线距离；
(4)系统通过设置好的算法进行高速计算，并返回微调操作信号；
(5)系统将微调操作信号传给压电陶瓷微型驱动器，并判断是否进行微调操作；
(6)驱动器接收信号，对镜片进行微调，从而改变镜片组焦距，实现焦距与测量值相同；
(7)微调完成，在移动过后的待测试物体表面依然形成聚焦的激光点。
进一步地，步骤(1)中采用激光相位法测距。
进一步地，镜片组由四块不同且顺序固定的凹镜组成，其中，第三和第四镜片组成复合透镜，压电陶瓷微型驱动器安装在镜片的底端，根据测量的距离对各个镜片之间的相对位置进行微调，动态调整整个镜片组的焦距。
进一步地，四块凹镜的选择由设备的视场大小、孔径大小以及球差和像差因素决定。
进一步地，镜头焦距、视场大小及镜头到被摄取物体的距离的关系如下：
f＝wL/W
f＝hL/H
f：镜头焦距，w：图象的宽度，W：被摄物体宽度，L：被摄物体至镜头的距离，h：图象高度，H：被摄物体的高度。
进一步地，步骤(4)中的算法通过以下步骤得出：根据制作出的激光清洗用的镜头，预先做实验，进行标定，生成对应位置关系表，根据表的数据，运用数据拟合的方式分别得到四个镜片的公式，再根据公式得到需要调整的镜片的位置。
与现有技术相比，本方案利用激光相位法高速测距，接收待测试物体到镜片组的距离，对得到的数据进行计算，并由压电陶瓷微型驱动器控制镜片组微调，最后达到调节焦距的效果。调节焦距的全过程自动化和智能化，大大提高了焦距调节的效率，解决焦距设计过程中出现的作用范围小问题，扩大焦距调节范围，使激光处理表面清洗技术更全面、更有效。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明中可调镜片组的结构图；
图3为可调镜片组在不同位置的光学仿真图。
图中：1-镜片组，2-压电陶瓷微型驱动器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
参见附图1至3所示，本实施例所述的一种自动调节焦距的方法，包括以下步骤：
(1)利用激光相位法高速测量待测试物体到镜片组的距离；
(2)转动待测试物体，使激光束打向物体其他部分；
(3)系统接收一个距离信息，该距离为此刻镜片组中心至测试物体表面的直线距离；
(4)系统通过设置好的算法进行高速计算，并返回一个微调操作信号；
(5)系统将微调操作信号传给压电陶瓷微型驱动器，并判断是否进行微调操作；
(6)驱动器接收信号，对镜片进行微调，从而改变镜片组焦距，实现焦距与测量值相同；
(7)微调完成，在移动过后的待测试物体表面依然形成聚焦的激光点。
系统中进行待扫描点与激光器的作用距离测量时，由于测量的对象距离近，要求精度高，测量频率快，而步骤(1)中采用相位法进行激光测距，实现的频率可以达到30kHz，完全能够满足实时测量的要求。
出于设备的视场大小、孔径大小以及球差和像差因素考虑，本实施例中的镜片组由四块不同且顺序固定的凹镜组成，其中，第三和第四镜片组成复合透镜，压电陶瓷微型驱动器安装在镜片的底端，根据测量的距离对各个镜片之间的相对位置进行微调，动态调整整个镜片组的焦距，实现大范围的聚焦。
镜头焦距、视场大小及镜头到被摄取物体的距离的关系如下：
f＝wL/W
f＝hL/H
f：镜头焦距，w：图象的宽度，W：被摄物体宽度，L：被摄物体至镜头的距离，h：图象高度，H：被摄物体的高度。
步骤(4)中的算法通过以下步骤得出：根据制作出的激光清洗用的镜头，预先做实验，进行标定，生成对应位置关系表，根据表的数据，运用数据拟合的方式分别得到四个镜片的公式，再根据公式得到需要调整的镜片的位置。
比如，先要求焦距为20cm，通过调整，可以得到4个镜片的位置，再将焦距改为20.5cm，再得到4个镜片位置，再改变焦距为21cm、21.5cm、22cm、22.5cm、23cm等分别得到4个镜片位置，将每个镜片的位置与焦距的关系做牛顿插值拟合，得到4个公式。之后驱动器再根据实测的距离，套用公式，调整每个镜片的位置。
本实施例利用激光相位法高速测距，接收待测试物体到镜片组的距离，对得到的数据进行计算，并由压电陶瓷微型驱动器控制镜片组微调，最后达到调节焦距的效果。调节焦距的全过程自动化和智能化，大大提高了焦距调节的效率，解决焦距设计过程中出现的作用范围小问题，扩大焦距调节范围，使激光处理表面清洗技术更全面、更有效。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种自动调节焦距的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)激光束高速测量待测试物体到镜片组的距离；
(2)转动待测试物体，使激光束打向物体其他部分；
(3)系统接收距离信息，该距离为此刻镜片组中心至测试物体表面的直线距离；
(4)系统通过设置好的算法进行高速计算，并返回微调操作信号；
(5)系统将微调操作信号传给压电陶瓷微型驱动器，并判断是否进行微调操作；
(6)驱动器接收信号，对镜片进行微调，从而改变镜片组焦距，实现焦距与测量值相同；
(7)微调完成，在移动过后的待测试物体表面依然形成聚焦的激光点。
2.根据权利要求1所述的一种自动调节焦距的方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用激光相位法测距。
3.根据权利要求1所述的一种自动调节焦距的方法，其特征在于：所述镜片组由四块不同且顺序固定的凹镜组成，其中，第三和第四镜片组成复合透镜，压电陶瓷微型驱动器安装在镜片的底端，根据测量的距离对各个镜片之间的相对位置进行微调，动态调整整个镜片组的焦距。
4.根据权利要求1所述的一种自动调节焦距的方法，其特征在于：所述四块凹镜的选择由设备的视场大小、孔径大小以及球差和像差因素决定。
5.根据权利要求4所述的一种自动调节焦距的方法，其特征在于：所述镜头焦距、视场大小及镜头到被摄取物体的距离的关系如下：
f＝wL/W
f＝hL/H
f：镜头焦距，w：图象的宽度，W：被摄物体宽度，L：被摄物体至镜头的距离，h：图象高度，H：被摄物体的高度。
6.根据权利要求1所述的一种自动调节焦距的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的算法通过以下步骤得出：根据制作出的激光清洗用的镜头，预先做实验，进行标定，生成对应位置关系表，根据表的数据，运用数据拟合的方式分别得到四个镜片的公式，再根据公式得到需要调整的镜片的位置。
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