CN107238355B - 一种棱镜反射式校准仪及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棱镜反射式校准仪，涉及光轴平行度检查技术领域，包括显示器，还包括箱体，箱体内设有并排的摄像头和平行光管，摄像头与显示器连接，平行光管可在暗背景下产生亮十字分划线，箱体内还设有第一三垂棱镜，第一三垂棱镜具有三个相互垂直的反射面，其一端可接收从正上方投射下的平行光管的光束，另一端可将该光束平行反射至摄像头内，箱体上正对摄像头设有激光入射窗口，箱体外设有反射棱镜组，反射棱镜组包括入射口和出射口，入射口正对平行光管。整机校准精度高、调整操作方便、可靠；无需环境、场地的光照、大小要求，生产工作效率将大大提高。

Description

一种棱镜反射式校准仪及其校准方法

技术领域

本发明涉及激光射击训练产品的光轴平行度检查装置，特别是涉及一种校准或检查激光发射机的激光发射轴方向与瞄准镜光轴方向平行度的棱镜反射式校准仪及其校准方法。

背景技术

在激光交战训练中，在枪或炮等武器上加装激光发射机，其激光束必须和瞄准线（或瞄准镜）一致，激光才能打在瞄准点上。因此通常应将激光光轴和瞄准线严格调整成平行关系，即能对远距离的目标进行准确打击。

为了校准或检查两个光轴的平行度，通常使用在长距离通道上将激光束打在网格板上，用摄像头观察激光光斑中心与瞄准点之间的相对位置尺寸的方法。此方法要求有相对较暗的环境，并且要求较远的空间场地才能达到一定的校准精度。

在激光交战产品使用中，一般环境都较为恶劣，空间和环境光都有很多的局限，无法在训练现场开展有效的检查测量工作。

如何解决上述问题，并且方便进行两个光轴的平行度检查，确保激光发射机瞄准精度的准确性，并能便捷使用，是激光交战射击训练产品生产和使用中急需解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是激光发射机中激光光轴和瞄准光轴平行校准的需求，克服现有技术的缺点，提供一种棱镜反射式校准仪。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种棱镜反射式校准仪，包括显示器，还包括箱体，箱体内设有并排的摄像头和平行光管，摄像头与显示器连接，平行光管可在暗背景下产生目标瞄准用的亮十字分划线，箱体内还设有第一三垂棱镜，第一三垂棱镜的两端分别位于摄像头与平行光管相邻部位的正下方，第一三垂棱镜具有三个相互垂直的反射面，第一三垂棱镜的一端可接收从正上方投射下的平行光管的光束，另一端可将该光束平行反射至摄像头内，箱体上正对摄像头远离第一三垂棱镜的部位设有激光入射窗口，箱体外设有反射棱镜组，反射棱镜组包括入射口和出射口，入射口正对平行光管远离第一三垂棱镜的部位，检测时，被检测激光发射机的激光发射筒正对激光入射窗口，被检测激光发射机的瞄准镜正对出射口。

技术效果：校准仪的箱体产生一个瞄准用的无穷远亮十字分划线目标，以提供激光发射机的瞄准对准，被测激光发射机的瞄准镜对准本发明装置的亮十字分划线，将激光射入激光入射窗口，当激光入射进校准仪后，通过显示器可以看到激光光斑的位置，查看亮十字线图像和光斑中心的重合度，就可进行激光发射机两个光轴的校准或平行性的检查。本发明采用三垂棱镜的光束反射设计，可以实现高精度的光束方向控制，达到高精度的双光轴平行度校准或检查，使得整机校准精度高、结构简单、加工工艺简化、调整操作方便、可靠；此外，本发明的整机装置在使用时只需在各种简单的工作台上即可进行操作，无需环境、场地的光照、大小要求，生产、工作效率将大大提高。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，平行灯管包括灯管管体、分划照明灯、分划板和准直镜头，分划照明灯位于灯管管体的顶部，分划板位于分划照明灯的正下方，准直镜头位于灯管管体的底部管口。

前所述的棱镜反射式校准仪，反射棱镜组包括依次连接的出光筒、第二三垂棱镜和第三三垂棱镜，第一三垂棱镜、第二三垂棱镜和第三三垂棱镜的结构相同且外部均设有棱镜壳，出光筒的筒口位于入射口位置，激光可从入射口入射，经出光筒、第二三垂棱镜和第三三垂棱镜后，从出射口平行射出。

前所述的棱镜反射式校准仪，反射棱镜组具有折叠旋转机构，出光筒、第二三垂棱镜和第三三垂棱镜相互通过圆筒套接，且用锁紧螺钉进行紧固。

前所述的棱镜反射式校准仪，箱体内还设有电源模块，摄像头、平行光管分别与电源模块连接。

前所述的棱镜反射式校准仪，激光入射窗口设有衰减片。

前所述的棱镜反射式校准仪，衰减片配有可切换镜片结构，并可通过旋转或套接更换不同衰减系数的衰减片。

本发明的另一目的在于提供一种上述任意一项方案的棱镜反射校准仪的校准方法，包括以下步骤：

S1、将摄像头调焦在无穷远处；

S2、打开分划照明灯，使平行光管产生暗背景下的亮十字分划线，用作目标瞄准；第一三垂棱镜将平行光管的部分光束反射至摄像头内，并在显示器上形成对应亮十字线图像；

S3、打开被检测的激光发射机，将激光发射机的瞄准镜对准亮十字分划线；

S4、发射激光束，激光束从激光发射筒经激光入射窗口射入摄像头内，并在显示器上呈现激光光斑，与亮十字线图像合成组合图形；

S5、观察显示器上的激光光斑中心与亮十字线图像是否重合，若重合，则表示被测入射激光束和瞄准线平行，若不重合，则判定被检测激光发射机的两个光轴不平行，并对被检测激光发射机的发射和瞄准光轴进行调整；

S6、调整第二三垂棱镜和第三三垂棱镜之间的折叠夹角以及旋转方向，改变瞄准镜与亮十字分划线的相对位置，以使亮十字线能摆放到瞄准镜的正前方中央位置，便于瞄准镜良好观察。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中，反射棱镜组采用两个三垂棱镜相对放置，将平行光管产生的瞄准目标的光路进行了两次改变方向反射，按原方向射出，通过两个棱镜间折叠夹角和转角调整，可在任意位置将光线射出，可以实现大范围任意位置的瞄准目标窗口布置需要，适应了各种不同型号的产品激光窗口和瞄准镜窗口位置差异的需求，用于各种激光发射机的激光轴和瞄准轴不同的相对位置使用；

（2）本发明中，摄像头中亮十字线图像来自平行光管，通过三垂棱镜将平行光管的部分平行光反射到摄像头，自动就能生成亮十字线图像，无需另外制作显示分划；

（3）本发明中，摄像头入射口径采用分区设计，入射光中部分区域为分划回射光，另外一部分区域为被测激光的入射光，实现了分区光束的图像合成；

（4）本发明中，由于三垂棱镜的反射光和入射光有严格的平行度关系，因此整机的光轴平行性具有可靠的精度，而且对其他零部件的制造和组装的要求较低，产品最终的校准光轴平行性能非常可靠；

（5）本发明中，激光束直射摄像头时，激光的亮度过大，产生的图像将失真，本发明设计了衰减窗口，窗口为衰减片，在保证不影响激光束的光斑和中心位置的前提下，对激光强度能进行适当的减弱。

附图说明

图1为实施例1的整体结构示意图；

图2为实施例1的箱体内部结构示意图；

图3为反射棱镜组示意图；

图4为反射棱镜组的分解结构示意图；

图5为三垂棱镜对光束反射的特性示意图；

图6为瞄准线远离激光入射窗口的位置示意图；

图7为瞄准线位于激光入射窗口上方的位置示意图；

其中：1-显示器；2-箱体；201-激光入射窗口；3-摄像头；4-平行光管；401-灯管管体；402-分划照明灯；403-分划板；404-准直镜头；5-第一三垂棱镜；6-反射棱镜组；601-入射口；602-出射口；603-出光筒；604-第二三垂棱镜；605-第三三垂棱镜；606-圆筒；607-锁紧螺钉；7-电源模块；8-衰减片；9-瞄准镜；10-激光发射筒；11-激光发射机。

具体实施方式

实施例1

一种棱镜反射式校准仪，结构如图1~7所示。

参照图1、2，该校准仪包括显示器1，还包括箱体2，箱体2内设有并排的摄像头3和和平行光管4，还设有电源模块7。显示器1与摄像头3连接，摄像头3、平行光管4分别与电源模块7连接。

平行灯管包括灯管管体401、分划照明灯402、分划板403和准直镜头404，分划照明灯402位于灯管管体401的顶部，分划板403位于分划照明灯402的正下方，准直镜头404位于灯管管体401的底部管口。平行光管4可在暗背景下产生目标瞄准用的亮十字分划线。

箱体2内还设有第一三垂棱镜5。第一三垂棱镜5的两端分别位于摄像头3与平行光管4相邻部位的正下方，一端可接收从正上方投射下的平行光管4的光束，另一端可将该光束平行反射至摄像头3内。箱体2上正对摄像头3远离第一三垂棱镜5的部位设有激光入射窗口201。

箱体2外设有反射棱镜组6。反射棱镜组6包括入射口601和出射口602，入射口601正对平行光管4远离第一三垂棱镜5的部位，检测时，被检测激光发射机11的激光发射筒10正对激光入射窗口201，被检测激光发射机11的瞄准镜9正对出射口602。

参照图3、4，反射棱镜组6包括依次连接的出光筒603、第二三垂棱镜604和第三三垂棱镜605。反射棱镜组6具有折叠旋转机构，出光筒603、第二三垂棱镜604和第三三垂棱镜605相互通过圆筒606套接，且用锁紧螺钉607进行紧固，可防止脱落和角度调整后的紧固。反射棱镜组6经出光筒603底部的四个螺钉安装到箱体2的正面。出光筒603的筒口位于入射口601位置，其位置对应于平行光管4的前方，其光路对应于被第一三垂棱镜5的棱镜壳遮挡以外部分的平行光管4输出光，激光可从入射口601入射，经出光筒603、第二三垂棱镜604和第三三垂棱镜605后，从出射口602平行射出。第一三垂棱镜5、第二三垂棱镜604和第三三垂棱镜605的外部均设有棱镜壳。

参照图5，第一三垂棱镜5、第二三垂棱镜604和第三三垂棱镜605的结构相同。包括a、b、c三个相互垂直的反射面，激光束从三垂棱镜的底部入射后，经a、b、c三个反射面发生三次全反射，仍然从底部出射。当a、b、c三个反射面互相垂直时，即a⊥b 、 b⊥c 、c⊥a ，底部的出射光和入射光将完全平行，不随入射角的变化而影响。因此棱镜的姿态有滚动或摇摆等变化时，出射光的方向始终保持不变，保持高精度的平行性。整机设计了三个三垂棱镜，用于对光路的分解和转折传递。

参照图6、7，反射棱镜组6设计为折叠旋转机构，其第三三垂棱镜605的出射口602能由第二三垂棱镜604和第三三垂棱镜605的折叠状态和整体围绕出光筒603旋转而变化。在该出射口602内，能清楚看到无穷远的瞄准分划目标，为暗背景下的亮十字分划线。出射口602的位置变化范围为以出光筒603为中心，等于以第二三垂棱镜604和第三三垂棱镜605的反光轴间距为半径的圆形区域的两倍。

上述棱镜反射式校准仪的使用步骤如下：

S1、将摄像头3调焦在无穷远处，用于进行激光光斑的成像，显示光斑的样式；

S2、打开分划照明灯402，使平行光管4产生暗背景下的无穷远的亮十字分划线，用作目标瞄准；第一三垂棱镜5将平行光管4的部分光束反射至摄像头3内，并在显示器1上形成对应亮十字线图像；

S3、打开被检测的激光发射机11，将激光发射机11的瞄准镜9对准亮十字分划线；

S4、发射激光束，激光束从激光发射筒10经激光入射窗口201射入摄像头3内，并在显示器1上呈现激光光斑，与亮十字线图像合成组合图形；

S5、观察显示器1上的激光光斑中心与亮十字线图像是否重合，若重合，则表示被测入射激光束和瞄准线平行，若不重合，则判定被检测激光发射机的两个光轴不平行，并对被检测激光发射机的发射和瞄准光轴进行调整；

S6、调整第二三垂棱镜604和第三三垂棱镜605之间的折叠夹角以及旋转方向，改变瞄准镜9与亮十字分划线的相对位置，以使亮十字线能摆放到瞄准镜9的正前方中央位置，便于瞄准镜9良好观察

实施例2

在特殊的激光发射机外形需求下，可将实施例1所述校准仪侧面向下，按立式的状态工作。

实施例3

实施例1所述校准仪与三维调节台组合工作，方便被测激光发射机11的摆放和对准，以提高工作效率。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种棱镜反射式校准仪，其特征在于：包括显示器（1），还包括箱体（2），所述箱体（2）内设有并排的摄像头（3）和平行光管（4），所述摄像头（3）与显示器（1）连接，所述平行光管（4）可在暗背景下产生目标瞄准用的亮十字分划线，所述箱体（2）内还设有第一三垂棱镜（5），所述第一三垂棱镜（5）的两端分别位于摄像头（3）与平行光管（4）相邻部位的正下方，所述第一三垂棱镜（5）具有三个相互垂直的反射面，所述第一三垂棱镜（5）的一端可接收从正上方投射下的平行光管（4）的光束，另一端可将该光束平行反射至摄像头（3）内，所述箱体（2）上正对摄像头（3）远离第一三垂棱镜（5）的部位设有激光入射窗口（201），所述箱体（2）外设有反射棱镜组（6），所述反射棱镜组（6）包括入射口（601）和出射口（602），所述入射口（601）正对平行光管（4）远离第一三垂棱镜（5）的部位，检测时，被检测激光发射机（11）的激光发射筒（10）正对所述激光入射窗口（201），被检测激光发射机（11）的瞄准镜（9）正对所述出射口（602）；

所述平行光管包括灯管管体（401）、分划照明灯（402）、分划板（403）和准直镜头（404），所述分划照明灯（402）位于灯管管体（401）的顶部，所述分划板（403）位于分划照明灯（402）的正下方，所述准直镜头（404）位于灯管管体（401）的底部管口；

所述反射棱镜组（6）包括依次连接的出光筒（603）、第二三垂棱镜（604）和第三三垂棱镜（605），所述第一三垂棱镜（5）、第二三垂棱镜（604）和第三三垂棱镜（605）的结构相同且外部均设有棱镜壳，所述出光筒（603）的筒口位于入射口（601）位置，激光可从入射口（601）入射，经所述出光筒（603）、第二三垂棱镜（604）和第三三垂棱镜（605）后，从出射口（602）平行射出；

所述反射棱镜组（6）具有折叠旋转机构，所述出光筒（603）、第二三垂棱镜（604）和第三三垂棱镜（605）相互通过圆筒（606）套接，且用锁紧螺钉（607）进行紧固。

2.根据权利要求1所述的一种棱镜反射式校准仪，其特征在于：所述箱体（2）内还设有电源模块（7），所述摄像头（3）、平行光管（4）分别与电源模块（7）连接。

3.根据权利要求1所述的一种棱镜反射式校准仪，其特征在于：所述激光入射窗口（201）设有衰减片（8）。

4.根据权利要求3所述的一种棱镜反射式校准仪，其特征在于：所述衰减片（8）配有可切换镜片结构，并可通过旋转或套接更换不同衰减系数的衰减片（8）。