CN108534992B - 一种平行光管多维调节装置和装校调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于平行光管的光学调整与测试技术领域，并公开了一种平行光管多维调节装置，包括支撑平台、可移动板、支撑调节装置和纵向调节装置；所述支撑调节装置设置有三个并且它们呈三角形布置，每个所述支撑调节装置均包括支撑脚定位块、支撑脚和支撑架压块；所述支撑平台上设置两组所述纵向调节装置，所述可移动板位于这两组所述纵向调节装置之间。本发明可以对机械系统和光源系统实现坐标系统一，将长平晶与整个待测试装置固定，通过调节装置实现平行光管所发出的平行光与整个机械系统坐标系的设定面平行，满足一些无法保证待测试机械系统与基准平行光源相互平行的光学测试系统的测试要求，并作为测试系统装校调整基准平行光源。

Description

一种平行光管多维调节装置和装校调整方法

技术领域

本发明属于平行光管的光学调整与测试技术领域，更具体地，涉及一种平行光管多维调节装置和装校调整方法。

背景技术

平行光管，是一种由相应光学组件组成的，生成一组没有衰减的具有方向性的平行光束，形成一个圆柱状的平行照射区域的光学仪器，可模拟阳光等室外场景效果。平行光管一般是用于测量角度的精密仪器分光器的重要组成部分，是装校调整光学仪器的重要工具之一，也是进行其他光学量度的重要仪器。

目前，一些光学测试或校准系统，需要待测试产品或系统以平行光管所发出的平行光为基准光源进行相关参数的测试。但目前一般的市购的标准平行光管由于底部三个支撑脚使用材料一般为尼龙或万向球结构，没有很好的刚度保持和位置维持性，往往辛苦将平行光管按测试或校准要求调节完成后一段时间，平行光管的支撑脚相互位置会发生些许变形或位移，难以保证之前的调节角度状态，导致整个测试系统平行光环境的破坏，并且这些细小的变化在前期微量变化时很难被发现，只有到偏差非常大时，才会有明显的偏差像出现，这会给工厂校准或现场测试环境的保持和重复利用带来很大的影响或无效测试，严重影响测试和生产效率。除此之外，一般市购的支撑脚调节范围有限，无法实现对平行光左右方向的位移调节和紧固定位，无法实现精确的俯仰和偏转角度调节和紧固定位。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种平行光管多维调节装置和装校调整方法，实现平行光管所发出的平行光与整个机械系统坐标系平行，满足一些无法保证待测试机械系统与基准平行光源相互平行的光学测试系统的测试要求，并作为测试系统装校调整基准平行光源。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种平行光管多维调节装置，其特征在于，包括支撑平台、可移动板、支撑调节装置和纵向调节装置，其中，

所述可移动板水平放置在所述支撑平台上，并且所述可移动板上设置有长条孔，第一螺栓穿过所述长条孔后螺纹连接在所述支撑平台上；

所述支撑调节装置设置有三个并且它们呈三角形布置，以用于共同配合支撑所述平行光管，每个所述支撑调节装置均包括支撑脚定位块、支撑脚和支撑架压块，其中，所述支撑脚定位块的顶部竖直设置有锥形槽，所述支撑脚的底部竖直设置有与所述锥形槽相配合的锥形部，以便所述支撑脚水平转动，所述支撑脚通过所述支撑架压块压紧在所述支撑脚定位块上，所述支撑架压块通过第二螺栓连接在所述支撑脚定位块上，所述支撑脚的上部设置有外螺纹，以用于伸入所述平行光管外侧固定套接的外圈内，从而调节所述平行光管的高度；

其中两个支撑调节装置的支撑脚定位块安装在所述可移动板上，并且它们沿所述长条孔的纵向布置，另一个所述支撑脚定位块安装在所述支撑平台上；

所述支撑平台上设置两组所述纵向调节装置，所述可移动板位于这两组所述纵向调节装置之间，每组所述纵向调节装置均包括固定架及螺纹连接在所述固定架上的第三螺栓，所述第三螺栓水平设置并穿过所述固定架，以用于推动所述可移动板沿所述长条孔的纵向移动。

优选地，所述支撑平台在对应于所述可移动板的位置设置有精密导向板，所述精密导向板的纵向与所述长条孔的纵向一致，以用于对所述可移动板的移动进行导向。

优选地，所述纵向调节装置还包括锁紧螺母，所述锁紧螺母螺纹连接在所述第三螺栓上。

优选地，安装在所述支撑平台上的支撑脚定位块通过螺钉安装在所述支撑平台上。

优选地，安装在所述可移动板上的每个支撑脚定位块分别通过螺钉安装在所述可移动板上。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种采用所述平行光管多维调节装置进行平行光管装校调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将长平晶通过三维调节装置固连在头戴AR显示设备的测试装置上，并通过三坐标测量机测量和三维调节装置调整长平晶的位置，以实现长平晶工作面与头戴AR显示设备测试装置坐标系的其中一个平面平行，然后锁紧三维调节装置；

2)在平行光管分划板座上放置十字分划板，调节平行光管多维调节装置，使由平行光管射出的光束经长平晶反射后返回平行光管，在目镜中出现反射光斑和十字线的反射像，其中反射光斑为十字形；

3)调节分划板座位置，使目镜中同时出现十字线和十字线的反射像，并且没有视差，此时分划板已调节在物镜的焦平面上；

4)将平行光管多维调节装置中的三个支撑架压块松开，分别调节三个支撑脚上部的螺纹部分，配合第三螺栓调整可移动板的位置，实现平行光管的微调，并通过平行光管尾部安装的高斯目镜，观察平行光管由长平晶反射的反射光斑与平行光管分划板十字线的反射像的重合情况，使上述反射光斑与反射像重合，此时平行光管所发出的平行光与长平晶工作反射面相垂直；

5)锁定支撑调节装置和纵向调节装置，以保证当前调节状态的稳定固定；以此方式，完成头戴AR显示设备测试装置的机械坐标系的一个平面与平行光管的平行光路平行。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)紧固定位支撑，便于标准更换

本发明设计了一种可以随时根据实际调整需要而根据相应标准重新设计的不同调节范围(长度)的支撑脚，根据不同项目需要，进行相应选型并加工更换后调校，并通过精密加工的支撑架压块，对各支撑脚锁紧，实现支撑脚完全、稳定、良好的定位和配合，保证调节完成后的当前调节状态，通过第三螺栓调节实现步进有序微调，延长调节装置整体校准寿命周期，不会因些许现场碰撞或震动而导致平行光管支撑位置的偏移和错位，导致平行光管光学调整失败。

(2)平行光整体平行移动调节

通过松开可移动板长条孔上紧固的第一螺栓，在需要对平行光进行整体平行单向移动调节时，通过水平微量调节移动板两端的第三螺栓，使可移动板沿精密导向板导向面平行移动，带动紧固在其上的支撑脚进行同步运动，实现对平行光的整体平行移动调节，在确定两端第三螺栓的调节位置后，通过锁紧可移动板长条孔上紧固的螺栓，实现对平行光管的定位和紧固。

(3)营造平行光背景，并作为测试系统装校调整基准平行光源

通过本发明设计的平行光管多维调节装置可以对机械系统和光源系统实现坐标系统一，实现平行光管所发出的平行光与整个机械系统坐标系平行，满足一些无法保证待测试机械系统与基准平行光源相互平行的光学测试系统的测试要求，并作为测试系统装校调整基准平行光源。

附图说明

图1是平行光管多维调节装置的结构示意图；

图2是本发明中平行光管支撑脚的结构示意图；

图3是本发明中平行光管支撑脚定位块的示意图；

图4是装校调整时的系统结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图3，一种平行光管多维调节装置，包括支撑平台、可移动板6、支撑调节装置和纵向调节装置，其中，

所述可移动板6水平放置在所述支撑平台上，并且所述可移动板6上设置有长条孔，第一螺栓穿过所述长条孔后螺纹连接在所述支撑平台上；

所述支撑调节装置设置有三个并且它们呈三角形布置，以用于共同配合支撑所述平行光管8，每个所述支撑调节装置均包括支撑脚定位块3、支撑脚4和支撑架压块5，其中，所述支撑脚定位块3的顶部竖直设置有锥形槽，所述支撑脚4的底部竖直设置有与所述锥形槽相配合的锥形部，以便所述支撑脚4水平转动，所述支撑脚4通过所述支撑架压块5压紧在所述支撑脚定位块3上，所述支撑架压块5通过第二螺栓连接在所述支撑脚定位块3上，所述支撑脚4的上部设置有外螺纹，以用于伸入所述平行光管8外侧固定套接的外圈内，从而调节所述平行光管8的高度；

其中两个支撑调节装置的支撑脚定位块3安装在所述可移动板6上，并且它们沿所述长条孔的纵向布置，另一个所述支撑脚定位块3安装在所述支撑平台上；

所述支撑平台上设置两组所述纵向调节装置，所述可移动板6位于这两组所述纵向调节装置之间，每组所述纵向调节装置均包括固定架及螺纹连接在所述固定架上的第三螺栓1，所述第三螺栓1水平设置并穿过所述固定架，以用于推动所述可移动板6沿所述长条孔的纵向移动。

进一步，所述支撑平台在对应于所述可移动板6的位置设置有精密导向板7，所述精密导向板7的纵向与所述长条孔的纵向一致，以用于对所述可移动板6的移动进行导向。

进一步，所述纵向调节装置还包括锁紧螺母2，所述锁紧螺母2螺纹连接在所述第三螺栓1上。

进一步，安装在所述支撑平台上的支撑脚定位块3通过螺钉安装在所述支撑平台上。

进一步，安装在所述可移动板6上的每个支撑脚定位块3分别通过螺钉安装在所述可移动板6上。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种采用所述平行光管多维调节装置进行平行光管8装校调整的方法，包括以下步骤：

1)将长平晶9通过三维调节装置固连在头戴AR显示设备的测试装置上，并通过三坐标测量机测量和三维调节装置的调整长平晶9的位置，以实现长平晶9工作面与头戴AR显示设备测试装置坐标系的其中一个平面平行，然后锁紧三维调节装置并与外界隔离，防止误操作破坏调节；

2)在平行光管8分划板座上放置十字分划板，调节平行光管多维调节装置，使由平行光管8射出的光束经长平晶9反射后返回平行光管8，在目镜中出现反射光斑和十字线的反射像，其中反射光斑为十字形；

3)调节分划板座位置，使目镜中同时出现十字线和十字线的反射像，并且没有视差，此时分划板已调节在物镜的焦平面上；

4)将平行光管多维调节装置中的三个支撑架压块5松开，分别调节三个支撑脚4上部的螺纹部分，配合第三螺栓1调整可移动板6的位置，实现平行光管8的微调，并通过平行光管8尾部安装的高斯目镜，观察平行光管8由长平晶9反射的反射光斑与平行光管8分划板十字线的反射像的重合情况，使上述反射光斑与反射像重合，此时平行光管8所发出的平行光与长平晶9工作反射面相垂直；

5)锁定支撑调节装置和纵向调节装置，以保证当前调节状态的稳定固定；以此方式，完成头戴AR显示设备测试装置的机械坐标系的一个平面与平行光管8的平行光路平行。

本发明用于增强现实技术，平行光管8用于模拟无穷远的室外平行太阳光场景，将真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间同时存在，作为无穷远外景显示背景和装调校准基准平行光源。

考虑到现成的外购平行光管8的支撑高度和调节精度、刚度保持与调节自由度范围无法很好的满足设计要求，故而提出本发明装置和平行光装校调整方法，以作为一个良好的虚拟显示室外场景和装调校准测试基准，用来对某些光学系统实现重复校准和测试。

①紧固定位支撑，便于标准更换

本发明设计了一种可以随时根据实际调整需要而根据相应标准重新设计的不同调节范围(长度)的支撑脚4，根据不同项目需要，进行相应选型并加工更换后调校。并且以市场上常用的强度最高的航空铝7075加工该支撑脚4，保证其支撑刚度，并且以稳固的六边形结构和圆形孔槽相配合，并通过精密加工的支撑架压块5，对各支撑脚4锁紧，实现支撑脚4完全、稳定、良好的定位和配合，保证调节完成后的当前调节状态，通过细牙螺纹调节实现步进有序微调，延长系统整体校准寿命周期。不会因些许现场碰撞或震动而导致平行光管8支撑位置的偏移和错位，导致平行光管8光学调整失败。

②平行光整体平行移动调节

现成的外购平行光管8一般只能实现对三个支撑脚4的单独微调，并不能实现联合调节，本发明通过设计的高精度精密导向板7，通过松开可移动板6长条孔上紧固的第一螺栓，在需要对平行光进行整体平行单向移动调节时，通过水平微量调节移动板两端的调节顶丝，使可移动板6沿导向板导向面平行移动，带动紧固在其上的两个支撑脚4进行同步运动，实现对平行光的整体平行移动调节，在确定两端顶丝的调节位置后，通过锁紧可移动板6长条孔上紧固的第一螺栓，实现对平行光管8的定位和紧固。

③营造平行光背景，并作为测试系统装校调整基准平行光源

在机器视觉和增强现实系统中，都需要营造一个合适的光源背景，而通过本发明设计的平行光管多维调节装置可以对机械系统和光源系统实现坐标系统一，将长平晶9与整个待测试装置固定，并通过三坐标测量机实现机械系统坐标系的设定面与长平晶9工作面相互平行，通过调节装置，实现平行光管8所发出的平行光与整个机械系统坐标系平行，满足一些无法保证待测试机械系统与基准平行光源相互平行的光学测试系统的测试要求，并作为测试系统装校调整基准平行光源。

本发明主要是考虑将本发明设计的平行光管多维调节装置结合平面度和平行度精度都很高的长平晶9工作表面，配合使用，给头戴式增强现实显示设备，营造出一个无穷远室外平行太阳光显示场景，当配用不同的分划板时可营造出不同的多种显示场景，以作为产品各生产环节的装配或测试的基准背景，也可作为测试系统装校调整的基准平行光源。

为了适应实际现场使用产品可调范围的多样化，可以根据实际调整需要而依据相应标准重新设计不同调节范围(长度)的支撑脚4，根据不同项目需要，进行相应选型并加工更换后调校。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种平行光管多维调节装置，其特征在于，包括支撑平台、可移动板、支撑调节装置和纵向调节装置，其中，

所述可移动板水平放置在所述支撑平台上，并且所述可移动板上设置有长条孔，第一螺栓穿过所述长条孔后螺纹连接在所述支撑平台上；

所述支撑调节装置设置有三个并且它们呈三角形布置，以用于共同配合支撑所述平行光管，每个所述支撑调节装置均包括支撑脚定位块、支撑脚和支撑架压块，其中，所述支撑脚定位块的顶部竖直设置有锥形槽，所述支撑脚的底部竖直设置有与所述锥形槽相配合的锥形部，以便所述支撑脚水平转动，所述支撑脚通过所述支撑架压块压紧在所述支撑脚定位块上，所述支撑架压块通过第二螺栓连接在所述支撑脚定位块上，所述支撑脚的上部设置有外螺纹，以用于伸入所述平行光管外侧固定套接的外圈内，从而调节所述平行光管的高度；

其中两个支撑调节装置的支撑脚定位块安装在所述可移动板上，并且它们沿所述长条孔的纵向布置，另一个所述支撑脚定位块安装在所述支撑平台上；

所述支撑平台上设置两组所述纵向调节装置，所述可移动板位于这两组所述纵向调节装置之间，每组所述纵向调节装置均包括固定架及螺纹连接在所述固定架上的第三螺栓，所述第三螺栓水平设置并穿过所述固定架，以用于推动所述可移动板沿所述长条孔的纵向移动。

2.根据权利要求1所述的一种平行光管多维调节装置，其特征在于，所述支撑平台在对应于所述可移动板的位置设置有精密导向板，所述精密导向板的纵向与所述长条孔的纵向一致，以用于对所述可移动板的移动进行导向。

3.根据权利要求1所述的一种平行光管多维调节装置，其特征在于，所述纵向调节装置还包括锁紧螺母，所述锁紧螺母螺纹连接在所述第三螺栓上。

4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的一种平行光管多维调节装置，其特征在于，安装在所述支撑平台上的支撑脚定位块通过螺钉安装在所述支撑平台上。

5.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的一种平行光管多维调节装置，其特征在于，安装在所述可移动板上的每个支撑脚定位块分别通过螺钉安装在所述可移动板上。

6.一种采用权利要求1～5中任一所述平行光管多维调节装置进行平行光管装校调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将长平晶通过三维调节装置固连在头戴AR显示设备的测试装置上，并通过三坐标测量机测量和三维调节装置调整长平晶的位置，以实现长平晶工作面与头戴AR显示设备测试装置坐标系的其中一个平面平行，然后锁紧三维调节装置；

2)在平行光管分划板座上放置十字分划板，调节平行光管多维调节装置，使由平行光管射出的光束经长平晶反射后返回平行光管，在目镜中出现反射光斑和十字线的反射像，其中反射光斑为十字形；

3)调节分划板座位置，使目镜中同时出现十字线和十字线的反射像，并且没有视差，此时分划板已调节在物镜的焦平面上；

4)将平行光管多维调节装置中的三个支撑架压块松开，分别调节三个支撑脚上部的螺纹部分，配合第三螺栓调整可移动板的位置，实现平行光管的微调，并通过平行光管尾部安装的高斯目镜，观察平行光管由长平晶反射的反射光斑与平行光管分划板十字线的反射像的重合情况，使上述反射光斑与反射像重合，此时平行光管所发出的平行光与长平晶工作反射面相垂直；

5)锁定支撑调节装置和纵向调节装置，以保证当前调节状态的稳定固定；以此方式，完成头戴AR显示设备测试装置的机械坐标系的一个平面与平行光管的平行光路平行。