CN108168468B - 一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪及瞄准方法 - Google Patents
一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪及瞄准方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪及瞄准方法，所述的光电自准直仪的光路结构包括自准直仪光管光源(1)、聚光镜(2)、十字划分板(3)、第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)、准直透镜(6)、接收器(8)；还包括激光瞄准光源(9)和反光棱镜(10)，在原有的光电自准直仪内部增加了激光瞄准光源，通过光路的作用，向被测物发出平行于光管的光线进行瞄准，调整被测物，若瞄准时，装置内发出的可见光反射后的回光落在瞄准接收器孔径范围内，则为瞄准完成。瞄准后再进行测量，则不会出现光斑偏离自准直仪视场而不能测量的现象，将物镜组做成可调焦式镜头，以满足超长距离，大视野的测量需求。
Description
技术领域
本发明涉及光电自准直仪的光路结构技术领域，特别涉及一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪及瞄准方法。
背景技术
自准直仪是一种被广泛应用于高精度瞄准、微小角度测量的精密测量仪器。在角度测量、平板的平面度测量、导轨的直线度测量、轴系的角晃动测量等领域应用广泛。自准直仪的原理是由光管发出的平行光，经被测对象的平面镜反射，理想无角度偏差时反射光沿平行光路原路返回在CCD上成像角度为零，当平面镜有小角度偏差时反射光在CCD上成像的位置与理想位置存在像素移动，根据象元大小换算角度差，即可得到高精度微小角度的测量。借助辅助光学元件，还可以延伸测量平面度、直线度、垂直度等。
若反射面(镜)对自准直仪光轴有小的偏转，将造成从反射面反射回的瞄准刻线(十字线或光斑)偏离自准直仪视场而不能测量。精度越高的自准直仪其视场范围越有限，均存在找像困难的问题。
现有的二维光电自准直仪在找像方面的方案有以下几种：
目前，我们在使用传统自准直仪测量角度误差时，都是采用目测方式瞄准。因工作者使用经验不足或自准直仪与多面棱体相距一般较远(1米以上)时，靠人工目测瞄准反射面很困难的，通常要用20多分钟甚至更长时间才能瞄准反射面，造成生产效率非常低下。
若在测试之前，先将放置的被测物进行激光瞄准，调整之后再进行测量，则能避免偏离自准直仪视场而不能测量现象发生。
综上所述，还需要另一种带有激光瞄准功能的自准直仪，另外，在实际应用中，自准直仪的精度和视野是有需求的，而自准直仪的测量精度和视野主要受限于物镜组透镜的焦距，鉴于不同应用场合，发明一款可调焦式自准直仪，以满足超长距离，大视野的测量需求。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪及瞄准方法，在原有的光电自准直仪内部增加了激光瞄准光源，通过光路的作用，向被测物发出平行于光管的光线进行瞄准，调整被测物，若瞄准时，装置内发出的可见光反射后的回光落在瞄准接收器孔径范围内，则为瞄准完成。瞄准后再进行测量，则不会出现光斑偏离自准直仪视场而不能测量的现象，将物镜组做成可调焦式镜头，以满足超长距离，大视野的测量需求。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪，所述的光电自准直仪的光路结构包括自准直仪光管光源(1)、聚光镜(2)、十字划分板(3)、第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)、准直透镜(6)、接收器(8)；自准直平行光管光源(1)发出的光依次透过聚光镜(2)、十字分划板(3)，经过第一分光棱镜(4)反射和第二分光棱镜(5)反射，最后经准直物镜(6)后出射一束平行光，由被测物(7)反射回来的光依次经由准直透镜(6)和第二分光棱镜(5)，由工业相机(8)接收。
所述的光电自准直仪的光路结构还包括激光瞄准光源(9)和反光棱镜(10)，激光瞄准光源(9)平行设置于自准直仪光管光源(1)上方，反光棱镜(10)设置于激光瞄准光源(9)前端，并且反光棱镜(10)还平行布置于第一分光棱镜(4)上方。
所述的激光瞄准光源(9)为可见激光光源。
所述的光电自准直仪的光管前端还设有瞄准接收器(11)，所述的瞄准接收器(11)为圆盖结构，与光电自准直仪的光管前端适配，瞄准器前部开有圆形瞄准孔。
所述的准直透镜(6)为可调焦准直透镜，由两组透镜：第一透镜(12)和第二透镜(13)组成，第一透镜(12)和第二透镜(13)之间距离可调。
一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的瞄准及调整方法，包括以下步骤：
步骤一、在正式测量前，先进行激光瞄准，将瞄准接收器(11)安装于光电自准直仪的光管前端，打开激光瞄准器的电源，激光由激光瞄准光源(9)发出经过反光棱镜(10)、半反半透的分光棱镜(4)、(5)，最后经过准直物镜(6)变成平行于光管的光线射出；
步骤二、调整被测物(7)：平面反射镜的角度，使出射光经被测物(7)反射回去的回路光进入光管前的瞄准接收器(11)的孔径中心，近似达到平面镜与光管保持垂直的角度；
步骤三、瞄准完成，关闭激光瞄准器的电源按钮，拿掉瞄准接收器；
步骤四、在笔记本电脑(17)画面上可以找到十字像，这个像可以在笔记本(17)画面的任意位置，不满意还可根据图像再进行微调，再正式测量；
步骤五、正式测量，自准直仪的光源(1)发出的光经聚光镜(2)的透镜组和十字分划板(3)后，在经过半反半透的分光棱镜(4)、(5)后在准直物镜(6)的作用下变为平行光，调整被测物(7)反射回光即在CCD相机(8)上成像。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪及瞄准方法，在原有的光电自准直仪内部增加了激光瞄准光源，通过光路的作用，向被测物发出平行于光管的光线进行瞄准，调整被测物，若瞄准时，装置内发出的可见光反射后的回光落在瞄准接收器孔径范围内，则为瞄准完成。瞄准后再进行测量，则不会出现光斑偏离自准直仪视场而不能测量的现象。
2、本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪及瞄准方法，提供一种内嵌在自准直仪内部的激光瞄准器并将物镜组做成可调焦式镜头。采用可见激光模拟自准直仪的光轴，作为瞄准基准，改变了传统自准直仪的光轴没有可见光瞄准基准状况；并且激光瞄准器与准直光管一体，大大减少了保存空间，在测量过程中只要关闭激光瞄准器电源，拿下瞄准接收器即可实现自准直仪正常使用，避免多次触碰光管而产生光路偏移找不到像。
3、本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪及瞄准方法，使用准直光管时适当拉开透镜(12)和(13)之间的距离，即可使焦距f变大，实现可调焦，使十字叉丝在CCD像面上成像宽度变宽，可适应远距离测量，提升远距离测量时的精度。在实际应用中，工业现场环境比较恶劣，如粉尘、灰尘、杂光等通光亮度较低的现场，通过调整焦距，可以使准直光管的远距离测量精度得到改善，提高抗干扰性。
附图说明
图1为本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的光路结构图；
图2为本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的外部结构图；
图3为本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的瞄准接收器图1；
图4为本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的瞄准接收器图2；
图5为本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的可调焦准直透镜图；
图6为本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的可调焦准直透镜立体结构安装图；
图7为本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的可调焦准直透镜结构安装平面主视图；
图8为本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的可调焦准直透镜结构安装平面A-A剖视图；
图9为本发明的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪在测量时的布置图；
图10为本发明的一种内设激光瞄准器的光电自准直仪的瞄准时的光路原理结构图；
图11为本发明的一种内设激光瞄准器的光电自准直仪的测试时的光路原理结构图。
其中：1-自准直仪光管光源 2-聚光镜 3-十字划分板 4-第一分光棱镜 5-第二分光棱镜 6-准直透镜 7-被测物 8-工业相机 9-激光瞄准光源 10-反光棱镜 11-瞄准接收器 12-第一透镜 13-第二透镜 14-光电自准直测头 15-光电自准直仪的光管 16-二维摆角调整底座 17-笔记本电脑 18-螺纹 19-螺纹固定件 20-前端光管 21-后端光管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪，所述的光电自准直仪的光路结构包括自准直仪光管光源(1)、聚光镜(2)、十字划分板(3)、第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)、准直透镜(6)、接收器(8)；自准直平行光管光源(1)发出的光依次透过聚光镜(2)、十字分划板(3)，经过第一分光棱镜(4)反射和第二分光棱镜(5)反射，最后经准直物镜(6)后出射一束平行光，由被测物(7)反射回来的光依次经由准直透镜(6)和第二分光棱镜(5)，由工业相机(8)接收。
所述的第一分光棱镜(4)和第二分光棱镜(5)均为半反半透型分光棱镜。
所述的光电自准直仪的光路结构还包括激光瞄准光源(9)和反光棱镜(10)，激光瞄准光源(9)平行设置于自准直仪光管光源(1)上方，反光棱镜(10)设置于激光瞄准光源(9)前端，并且反光棱镜(10)还平行布置于第一分光棱镜(4)上方。
如图2所示，所述的光电自准直仪的光管(15)前端还设有瞄准接收器(11)，图2中，所述的光电自准直仪的结构包括光管(15)和光电自准直测头(14)，光电自准直测头(14)含有除准直物镜(6)以外的上述所有光路结构和工业相机(8)，工业相机(8)为高分辨率面阵CCD。光电自准直仪安装于二维摆角调整底座(16)上。
如图3-4所示，所述的瞄准接收器(11)为圆盖结构，与光电自准直仪的光管前端适配，瞄准器前部开有圆形瞄准孔。
如图5所示，所述的准直透镜(6)为可调焦准直透镜，由两组透镜：第一透镜(12)和第二透镜(13)组成，第一透镜(12)和第二透镜(13)之间距离可调。
准直物镜(6)是一组透镜，可简化成由透镜(12)，透镜(13)组成，在机械结构上，将准直光管前端透镜组分别用固定件固定，两组透镜间采用螺纹嵌套式连接，中间添加一个橡皮圈作为固定，将橡皮圈调整至需要位置，旋转镜头前方固定件，可以旋转至橡皮圈处固定物镜组件，此时确定光学系统，橡皮圈位置改变，对应不同光学结构，其焦距不同。本发明的可调焦式准直光管镜头即物镜组(6)的焦距计算公式见(1)。
如图5所示，透镜(12)和透镜(13)的中心距离为d，使用准直光管时适当拉开透镜(12)和(13)之间的距离，即可使焦距f变大，实现可调焦，使十字叉丝在CCD像面上成像宽度变宽，可适应远距离测量，提升远距离测量时的精度。在实际应用中，工业现场环境比较恶劣，如粉尘、灰尘、杂光等通光亮度较低的现场，通过调整焦距，可以使准直光管的远距离测量精度得到改善，提高抗干扰性。
如图6-8所示，为可调焦式准直透镜(6)的具体结构图，图中，透镜(12)固定在前端光管(20)内，透镜(13)固定在后端光管(21)内，前端光管(20)与后端光管(21)通过螺纹(18)相连接，用旋转方式调整螺纹(18)与螺纹固定件(19)的不同位置，可调整前端光管(20)与后端光管(21)之间距离，即透镜(12)与透镜(13)之间的距离，实现变焦距。
所述的光电自准直仪在测量时按图9进行布置，将被测物(7)放置于光电自准直仪前端，将光电自准直测头(14)的数据接口通过网络数据线连接至笔记本电脑(17)，通过笔记本电脑(17)读取光电自准直测头(14)测定的数据。
一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的瞄准及调整方法，包括以下步骤：
步骤一、如图10所示，在正式测量前，先进行激光瞄准，将瞄准接收器(11)安装于光电自准直仪的光管前端，打开激光瞄准器的电源，激光由激光瞄准光源(9)发出经过反光棱镜(10)、半反半透的分光棱镜(4)、(5)，最后经过准直物镜(6)变成平行于光管的光线射出；
步骤二、调整被测物(7)：平面反射镜的角度，使出射光经被测物(7)反射回去的回路光进入光管前的瞄准接收器(11)的孔径中心，近似达到平面镜与光管保持垂直的角度；
若瞄准时，装置内发出的可见光反射后的回光落在瞄准接收器孔径范围内，则为瞄准完成。瞄准后再进行测量，则不会出现光斑偏离自准直仪视场而不能测量的现象。
步骤三、瞄准完成，关闭激光瞄准器的电源按钮，拿掉瞄准接收器；
步骤四、在笔记本电脑(17)画面上可以找到十字像，这个像可以在笔记本(17)画面的任意位置，不满意还可根据图像再进行微调，再正式测量；
步骤五、如图11所示，正式测量，自准直仪的光源(1)发出的光经聚光镜(2)的透镜组和十字分划板(3)后，在经过半反半透的分光棱镜(4)、(5)后在准直物镜(6)的作用下变为平行光，调整被测物(7)反射回光即在CCD相机(8)上成像。
如果被测物(7)与光轴垂直，则光线反射后沿原路返回，像中心落在理想标准点处；若平面被测物(7)与光轴不垂直，存在偏角θ，则经被测物(7)反射后的光线与原光线存在一个偏角2θ，成像后与理想标准点不重合，在像面上存在一个位移△，根据这一位移△和光路几何关系计算公式(2)即可计算出反射面与光轴形成的角度位移量，其中f是准直物镜(6)的焦距。
tanθ＝Δ/2f (2)
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (2)
1.一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪，其特征在于，所述的光电自准直仪的光路结构包括自准直仪光管光源(1)、聚光镜(2)、十字划分板(3)、第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)、准直透镜(6)、工业相机(8)；自准直平行光管光源(1)发出的光依次透过聚光镜(2)、十字分划板(3)，经过第一分光棱镜(4)反射和第二分光棱镜(5)反射，最后经准直透镜(6)后出射一束平行光，由被测物(7)反射回来的光依次经由准直透镜(6)和第二分光棱镜(5)，由工业相机(8)接收；
所述的光电自准直仪的光路结构还包括激光瞄准光源(9)和反光棱镜(10)，激光瞄准光源(9)平行设置于自准直仪光管光源(1)上方，反光棱镜(10)设置于激光瞄准光源(9)前端，并且反光棱镜(10)还平行布置于第一分光棱镜(4)上方；
所述的激光瞄准光源(9)为可见激光光源；
所述的光电自准直仪的光管前端还设有瞄准接收器(11)，所述的瞄准接收器(11)为圆盖结构，与光电自准直仪的光管前端适配，瞄准接收器(11)前部开有圆形瞄准孔；
所述的准直透镜(6)为可调焦准直透镜，由两组透镜：第一透镜(12)和第二透镜(13)组成，第一透镜(12)和第二透镜(13)之间距离可调。
2.如权利要求1所述的一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪的瞄准及调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在正式测量前，先进行激光瞄准，将瞄准接收器(11)安装于光电自准直仪的光管前端，打开激光瞄准器的电源，激光由激光瞄准光源(9)发出经过反光棱镜(10)、半反半透的第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)，最后经过准直透镜(6)变成平行于光管的光线射出；
步骤二、调整被测物(7)：平面反射镜的角度，使出射光经被测物(7)反射回去的回路光进入光管前的瞄准接收器(11)的孔径中心，达到平面镜与光管保持垂直的角度；
步骤三、瞄准完成，关闭激光瞄准器的电源按钮，拿掉瞄准接收器(11)；
步骤四、在笔记本电脑(17)画面上找到十字像，这个像在笔记本电脑(17)画面的任意位置，不满意则根据图像再进行微调，再正式测量；
步骤五、正式测量：自准直仪的光源(1)发出的光经聚光镜(2)的透镜组和十字分划板(3)后，在经过半反半透的第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)后在准直透镜(6)的作用下变为平行光，调整被测物(7)反射回光即在工业相机(8)上成像。
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