CN109387354A - 一种光学扫描器测试装置及测试方法 - Google Patents
一种光学扫描器测试装置及测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109387354A CN109387354A CN201811352372.5A CN201811352372A CN109387354A CN 109387354 A CN109387354 A CN 109387354A CN 201811352372 A CN201811352372 A CN 201811352372A CN 109387354 A CN109387354 A CN 109387354A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- image
- optical scanner
- optical
- light
- scanner
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种光学扫描器测试装置及测试方法,光源、滤光片和物镜依次同轴设置,被测扫描器反射镜置于物镜的光路上,平行光管位于被测扫描器反射镜的反射光路上,成像CCD像面位于平行光管的反射光路上;点光源经过物镜使光线入射到被测光学扫描器的反射镜,反射镜的反射光线经过平行光管的反射在成像CCD像面上成像,图像采集系统采集成像CCD像面6的图像信号。该测试装置使光线入射到反射镜面,当光学扫描器带动反射镜旋转θ角度时,经过反射的反射光线与入射光线夹角为2θ角度。再通过使用焦距为f的光学镜头来接收反射光线,其在成像CCD像面的位移为L,通过几何光学解算,即可计算出光学扫描器转动的角度。
Description
技术领域
本发明属于光学扫描器测试的技术领域,涉及一种光学扫描器测试装置及测试方法,是一种光学扫描器扫描角度、扫描速度均匀性的测试方法。
背景技术
光学扫描器作为高速、高均匀性扫描装置,广泛应用于激光打标机、线列成像组件等设备中,光学扫描器的扫描角度、扫描速度均匀性等参数,对实际应用影响很大,因此本发明设计了一种有效的光学光学扫描器功能、性能测试装置,能够用于对光学光学扫描器的测试,为光学光学扫描器选型及测试提供依据。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种光学扫描器测试装置及测试方法,能够对光学扫描器的扫描角度、扫描速度均匀性等进行准确测量。
技术方案
一种光学扫描器测试装置,其特征在于包括光源1、滤光片2、平行光管3、物镜4、成像CCD像面6和图像采集系统;光源1、滤光片2和物镜4依次同轴设置,被测扫描器反射镜5置于物镜4的光路上,平行光管3位于被测扫描器反射镜5的反射光路上,成像CCD像面5位于平行光管3的反射光路上;点光源经过物镜4使光线入射到被测光学扫描器的反射镜5,反射镜5的反射光线经过平行光管3的反射在成像CCD像面6上成像,图像采集系统采集成像CCD像面6的图像信号。
所述图像采集单元采用CameraLink图像采集卡,采用LVDS接口对光学扫描器实行启停控制。
所述成像CCD像面6采用高速面阵CCD相机STC-CMC_CMB200PCL。
一种利用所述光学扫描器测试装置进行测试的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:测试装置上电后,将光学扫描器放置于姿态调整单元,控制光学扫描器处于零位锁定状态;
步骤2:通过姿态调整单元,调整扫描电机使得被测扫描器反射镜5的反射光线经过物镜4和平行光管3后能够会聚到成像CCD像面6中心位置;
步骤3:启动光学扫描器,待光学扫描器稳定工作后,以闪频脉冲控制信号控制目标光源的光信号输出,图像采集以光学扫描器方向信号为外同步信号,采集成像CCD像面6的图像信号;
所述闪频脉冲控制信号的脉冲时间为10us,周期为500us;
步骤4:图像采集单元对采集到的图像数据进行数据处理,解算出不同时刻的光线位置,再推算出光学扫描器的扫描角度,进而解算出光学扫描器的扫描角度和扫描速度等参数:
步骤1)获取图像:建立1024×720数组存储图像灰度值,数组坐标代表图像像素点坐标,数组的值代表图像中该点位置的灰度值:
Pimage[x][y]=Pgray
步骤2)图像滤波:对回去的图像数组进行预处理,去除噪点:
步骤3)图像二值化处理:将灰度图像转换为二值图
步骤4)图像光斑重心计算:L为重心位置,U为联通区域像元灰度,i为对于像元的位置;
步骤5):重复步骤1)~步骤4),获取若干帧图像中光斑位置数据Li,再进行扫描器相关参数的计算:
扫描角度计算:tgθ=ΔL/2f,ΔL为光斑最大位移量,f为测量光学系统的焦距,θ为扫描角度;
扫描速度均匀性计算:利用CCD记录图像数据、时间信息并计算相应转角θ,采用最小二乘法统计出线性段平均速度ω0,再利用转角信息差分计算各采样点速度统计出扫描器的速度均匀性
所述目标光源峰值波长在550nm。
有益效果
本发明提出的一种光学扫描器测试装置及测试方法,光学扫描器带动光学镜片在有限转角范围内规律运动,光学扫描器测试装置能够测量光学扫描器最大扫描角度、光学扫描器速度均匀性等关键参数。该测试装置依据光线反射原理,在光学扫描器前方设置点光源,使光线入射到反射镜面,当光学扫描器带动反射镜旋转θ角度时,经过反射的反射光线与入射光线夹角为2θ角度。再通过使用焦距为f的光学镜头来接收反射光线,其在成像CCD像面的位移为L,通过几何光学解算,即可计算出光学扫描器转动的角度。为保证测试结果的准确性,对光源进行滤波处理,采用长焦距光学镜头,并使用高分辨率CCD进行数字图像采集。为提高测试精度,本发明采用闪频测量方法,增加采样数据。
附图说明
图1是本发明实施例的测试装置系统组成图
图2是本发明实施例的闪频测试原理图
图中:1-光源,2-滤光片,3-平行光管,4-物镜,5-被测扫描器反射镜,6-成像CCD像面,7-第一组光斑,8-第二组光斑,9-第三组光斑。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
该装置由测量光学系统、目标光源和数字CCD相机、图像采集单元、光学扫描器姿态调整单元以及光学平台组成,光学平台用于放置测试装置;目标光源通过分划板等光束整形元件产生测试光线,测量光学系统实现光束的汇聚,保证反射的光束汇聚成像到数字相机CCD焦平面上,图像采集单元使用图像采集卡将CCD输出的视频信号进行采集,并计算出光线在CCD焦平面上的位置,由此再根据测量光学系统的焦距计算出光线的位移和偏转角度,光学扫描器字体调整单元用于对光学扫描器进行初始零位对准操作。
具体结构包括光源1、滤光片2、平行光管3、物镜4、成像CCD像面6和图像采集系统;光源1、滤光片2和物镜4依次同轴设置,被测扫描器反射镜5置于物镜4的光路上,平行光管3位于被测扫描器反射镜5的反射光路上,成像CCD像面5位于平行光管3的反射光路上;点光源经过物镜4使光线入射到被测光学扫描器的反射镜5,反射镜5的反射光线经过平行光管3的反射在成像CCD像面6上成像,图像采集系统采集成像CCD像面6的图像信号。
所述图像采集单元采用CameraLink图像采集卡,采用LVDS接口对光学扫描器实行启停控制。并通过上位机测试控制软件完成对目标光源以及数字相机的控制;图像采集单元使用LVDS接口完成对光学扫描器的启停控制。
所述成像CCD像面6采用高速面阵CCD相机STC-CMC_CMB200PCL。
所述的目标光源能够产生平行光束,并能够工作在各种时序的脉冲闪频状态,采用同步脉冲,光源开关时间足够短(<10us),并且要保证CCD相机成像清晰,因此需要光源具备较大的发光功率,经计算目标光源需具备瞬时发光能量在2000lux以上。
为保证CCD相机光斑色散效应尽量小,焦平面上光斑弥散斑尽量小,通过设置滤光片选择目标光源峰值波长在550nm左右。
所述的测量光学系统包含一个平行光管,为保证测量光学扫描器最大扫描角度的要求,设计了大口径的会聚光学系统,由会聚光学系统将平行光会聚于CCD焦平面上。
所述的数字CCD相机具备高分辨率,能够工作在高帧频输出模式下,准确获取光线的位置。数字相机工作在外触发模式,使用光学扫描器的扫描方向信号进行数字相机的帧同步。
所述的图像采集算法采用多时序闪频测量方法,由于扫描器是连续往返运动,若采用一般摄像方法,数字CCD得到的是光线运动的轨迹,即一条亮线。本发明采用高速闪频的方法,光源工作在闪频状态,脉冲时间为10us,周期为500us,那么在CCD成像即为光斑状态,通过测量光斑的运动规律即可换算得到扫描器的运动规律。受限于数字相机的帧频和光源的闪频,在一个扫描周期测量的光斑数据量不能很大,为获得大量的测试数据,在此使用多时序脉冲发射技术:第一次,在第一个扫描周期,以扫描器方向信号为起始,不延时,每隔0.5ms发射一个闪频脉冲,脉冲持续时间为10us;第二次,在第一个扫描周期,同样以扫描器方向信号为起始,延时10us后,再每隔0.5ms发射一个闪频脉冲,脉冲持续时间为10us;依次类推,每次测量,均相对前一次进行延时10us,经过若干个周期后,能够获得扫描器不同时刻的扫描角度位置信息,这样在不增加数字相机输出频率的情况下,提高了采样速率。
所述的姿态调整单元具备二维微调功能,使光学扫描器反射镜处于最佳的测试位置,保证目标光源的入射光线照射到反射镜上,并且保证测量光学系统接收反射光线。
在本实施例中,目标光源选择波长为525nm的LED,发光强度设置在5×107lux,既保证CCD焦平面响应有一定强度,又避免过亮饱和。目标光源前置点状分划板,对光斑进行整形,设置孔径为0.1mm;采用高速MOS管作为LED光源的驱动,其最大电流小于0.1A,开关时间在50ns以下,保证LED闪频具备很好的动态特性。
由于光学扫描镜的转角范围为±7°,为涵盖扫描镜的角度范围,本实施例中,测量光学系统选择14mm的标准广角镜头,视场角为32°,有效口径80mm,保证反射光全部进入平行光管。
本实施例中,选择高速面阵CCD相机STC-CMC_CMB200PCL,分辨率1024×720,像元尺寸5.5um×5.5um,成像帧频≥500Hz,中心响应波长500nm。图像采集单元包含PC机和CamerLink图像采集板卡等,对整个测试装置进行控制和状态监控,并对测试结果进行管理。具体方法如下:
1、获取图像,建立1024×720数组存储图像灰度值,数组坐标代表图像像素点坐标,数组的值代表图像中该点位置的灰度值;
Pimage[x][y]=Pgray
2、图像滤波,对回去的图像数组进行预处理,去除噪点;
3、图像二值化处理,将灰度图像转换为二值图;
4、图像光斑重心计算,L为重心位置,U为联通区域像元灰度,i为对于像元的位置;
5、利用上述1~4的方法获取若干帧图像中光斑位置数据Li,再进行扫描器相关参数的计算。
其中,扫描角度计算方法为:
tgθ=ΔL/2f
式中,ΔY为光斑最大位移量,f为测量光学系统的焦距,θ为扫描角度。
扫描速度均匀性计算方法为:
采集CCD记录图像数据、时间信息并计算相应转角,采用最小二乘法统计出线性段平均速度ω0,再利用转角信息差分计算各采样点速度ωn,统计出扫描器的速度均匀性。
每个采样点处则速度不均匀性为
Claims (5)
1.一种光学扫描器测试装置,其特征在于包括光源(1)、滤光片(2)、平行光管(3)、物镜(4)、成像CCD像面(6)和图像采集系统;光源(1)、滤光片(2)和物镜(4)依次同轴设置,被测扫描器反射镜(5)置于物镜(4)的光路上,平行光管(3)位于被测扫描器反射镜(5)的反射光路上,成像CCD像面(5)位于平行光管(3)的反射光路上;点光源经过物镜(4)使光线入射到被测光学扫描器的反射镜(5),反射镜(5)的反射光线经过平行光管(3)的反射在成像CCD像面(6)上成像,图像采集系统采集成像CCD像面(6)的图像信号。
2.根据权利要求1所述光学扫描器测试装置,其特征在于:所述图像采集单元采用CameraLink图像采集卡,采用LVDS接口对光学扫描器实行启停控制。
3.根据权利要求1所述光学扫描器测试装置,其特征在于:所述成像CCD像面(6)采用高速面阵CCD相机STC-CMC_CMB200PCL。
4.一种利用权利要求1~3所述任一项光学扫描器测试装置进行测试的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:测试装置上电后,将光学扫描器放置于姿态调整单元,控制光学扫描器处于零位锁定状态;
步骤2:通过姿态调整单元,调整扫描电机使得被测扫描器反射镜(5)的反射光线经过物镜(4)和平行光管(3)后能够会聚到成像CCD像面(6)中心位置;
步骤3:启动光学扫描器,待光学扫描器稳定工作后,以闪频脉冲控制信号控制目标光源的光信号输出,图像采集以光学扫描器方向信号为外同步信号,采集成像CCD像面(6)的图像信号;
所述闪频脉冲控制信号的脉冲时间为10us,周期为500us;
步骤4:图像采集单元对采集到的图像数据进行数据处理,解算出不同时刻的光线位置,再推算出光学扫描器的扫描角度,进而解算出光学扫描器的扫描角度和扫描速度等参数:
步骤1)获取图像:建立1024×720数组存储图像灰度值,数组坐标代表图像像素点坐标,数组的值代表图像中该点位置的灰度值:
Pimage[x][y]=Pgray
步骤2)图像滤波:对回去的图像数组进行预处理,去除噪点:
步骤3)图像二值化处理:将灰度图像转换为二值图
步骤4)图像光斑重心计算:L为重心位置,U为联通区域像元灰度,i为对于像元的位置;
步骤5):重复步骤1)~步骤4),获取若干帧图像中光斑位置数据Li,再进行扫描器相关参数的计算:
扫描角度计算:tgθ=ΔL/2f,ΔL为光斑最大位移量,f为测量光学系统的焦距,θ为扫描角度;
扫描速度均匀性计算:利用CCD记录图像数据、时间信息并计算相应转角θ,采用最小二乘法统计出线性段平均速度ω0,再利用转角信息差分计算各采样点速度统计出扫描器的速度均匀性
5.根据权利要求4所述方法,其特征在于:所述目标光源峰值波长在550nm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811352372.5A CN109387354B (zh) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | 一种光学扫描器测试装置及测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811352372.5A CN109387354B (zh) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | 一种光学扫描器测试装置及测试方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109387354A true CN109387354A (zh) | 2019-02-26 |
CN109387354B CN109387354B (zh) | 2020-09-11 |
Family
ID=65428628
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811352372.5A Active CN109387354B (zh) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | 一种光学扫描器测试装置及测试方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109387354B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111044752A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-04-21 | 中国兵器装备集团自动化研究所 | 一种双轴平台最大调转速度的检测方法及检测系统 |
CN112666540A (zh) * | 2019-10-15 | 2021-04-16 | 株式会社爱德万测试 | 光学试验用装置和光学测定器具的试验方法 |
CN113375905A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-10 | 昆明物理研究所 | 红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量方法 |
CN113405490A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-17 | 西安应用光学研究所 | 高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置 |
CN114279679A (zh) * | 2021-04-15 | 2022-04-05 | 上海商米科技集团股份有限公司 | 自动化测试方法及系统、测试设备和计算机可读存储介质 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1598521A (zh) * | 2004-08-06 | 2005-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 光束扫描器性能检测装置 |
JP2005292103A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Koodotekku:Kk | ポリゴンミラーの角度測定装置 |
CN102426093A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-04-25 | 中国科学技术大学 | 一种基于显微成像的聚合物平面波导光学参数测量仪 |
CN108152013A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-12 | 西安应用光学研究所 | 光电系统跟瞄精度测量装置光路调校方法 |
CN108593278A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-09-28 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种振动对光电设备成像质量影响试验分析系统 |
CN208000190U (zh) * | 2018-02-12 | 2018-10-23 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种高速摆镜性能指标检测装置 |
-
2018
- 2018-11-14 CN CN201811352372.5A patent/CN109387354B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005292103A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Koodotekku:Kk | ポリゴンミラーの角度測定装置 |
CN1598521A (zh) * | 2004-08-06 | 2005-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 光束扫描器性能检测装置 |
CN102426093A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-04-25 | 中国科学技术大学 | 一种基于显微成像的聚合物平面波导光学参数测量仪 |
CN108152013A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-12 | 西安应用光学研究所 | 光电系统跟瞄精度测量装置光路调校方法 |
CN208000190U (zh) * | 2018-02-12 | 2018-10-23 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种高速摆镜性能指标检测装置 |
CN108593278A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-09-28 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种振动对光电设备成像质量影响试验分析系统 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112666540A (zh) * | 2019-10-15 | 2021-04-16 | 株式会社爱德万测试 | 光学试验用装置和光学测定器具的试验方法 |
CN112666540B (zh) * | 2019-10-15 | 2024-02-27 | 株式会社爱德万测试 | 光学试验用装置和光学测定器具的试验方法 |
CN111044752A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-04-21 | 中国兵器装备集团自动化研究所 | 一种双轴平台最大调转速度的检测方法及检测系统 |
CN114279679A (zh) * | 2021-04-15 | 2022-04-05 | 上海商米科技集团股份有限公司 | 自动化测试方法及系统、测试设备和计算机可读存储介质 |
CN113375905A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-10 | 昆明物理研究所 | 红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量方法 |
CN113375905B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-08-19 | 昆明物理研究所 | 红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量方法 |
CN113405490A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-17 | 西安应用光学研究所 | 高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109387354B (zh) | 2020-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109387354A (zh) | 一种光学扫描器测试装置及测试方法 | |
CN107517374B (zh) | 一种线阵相机视场的确定方法及装置 | |
CN104483676B (zh) | 一种3d/2d非扫描激光雷达复合成像装置 | |
CN112731443B (zh) | 一种单光子激光雷达与短波红外图像融合的三维成像系统及方法 | |
CN100595515C (zh) | 脉冲式线激光道路断面车辙测试仪 | |
CN104062098B (zh) | 一种双线阵ccd扫描成像测量光束质量的装置及方法 | |
CN109115121A (zh) | 一种大视场激光三维成像仪及成像方法 | |
CN104486550A (zh) | 航空相机图像检焦装置及方法 | |
CN113092070B (zh) | 一种光束质量因子m2快速测量装置及方法 | |
CN111024242A (zh) | 红外热像仪及其连续自动对焦方法 | |
CN104537656A (zh) | 光纤扩束准直镜筒出射偏心高斯光束的检测方法 | |
CN106405826A (zh) | 一种双光路成像的振镜扫描系统及扫描方法 | |
CN103308715A (zh) | 基于双色激光扫描技术的低功耗粒子图像测速系统 | |
CN112082513A (zh) | 一种多激光阵列三维扫描系统及方法 | |
CN109581410A (zh) | 一种新型的基于压缩感知的条纹管激光成像系统 | |
CN100334463C (zh) | 激光测距系统光学校准装置及方法 | |
CN101232580A (zh) | 一种利用半透半反镜加倍图像采集速度的方法和装置 | |
CN206164747U (zh) | 一种x射线分幅相机曝光时间的测量装置 | |
CN116224365A (zh) | 一种基于异步偏振调制的光子计数扫描三维穿透成像方法 | |
TW200813513A (en) | Focusing mechanism and method of using the same | |
CN114040101B (zh) | 一种用于周期性高速图像信号的采集方法及装置 | |
CN112361989B (zh) | 一种通过点云均匀性考量测量系统标定参数的方法 | |
CN109490308A (zh) | 一种焊缝检测装置和方法 | |
CN109584278A (zh) | 一种目标识别装置及方法 | |
CN210571299U (zh) | 用于测量小视场投影模组光学参数的系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |