CN110611243A - 一种可调谐激光平面生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调谐激光平面生成装置，包括光源模块、光学透镜组模块、电源管理模块以及机械调节模块，用于生成一个坡度和频率可调的激光扇面。光源模块用于发出激光光束；光学透镜组模块用于接收所述光源模块发射的激光光束，进行准直并展宽后射出；电源管理模块用于给光源模块、机械调节模块供电，电源管理模块包括光源模块的调制电源，以及机械调节模块所用的步进电机的驱动电源；光源模块的半导体激光二极管接收到的调制电流可以控制激光光束的频率；机械调节模块用于调节所述光学透镜组模块的相对位置和角度，改变激光扇面的坡度。本发明可以生成一个激光扇面，激光扇面的坡度和周期可以分别通过机械调节模块和电源管理模块进行调制。

Description

一种可调谐激光平面生成装置
技术领域
本发明属于激光平面生成装置，具体涉及一种可调谐激光平面生成装置。
背景技术
在建筑领域中有很多的施工现场需要基准面或者基准线的协助，包括铺砌地板、安装壁橱、吊灯以及修建户外平台等。传统的基准面或基准线生成方法是施工人员使用墨斗线在需要找平的地方提前做好标记，这种方法的效率十分低下，而且受限于施工人员的经验，找平效果也比较一般。后来，大型的户外建筑工地普遍采用了全站仪进行地面找平测量工作，然而全站仪的操作和使用比较复杂，价格也比较昂贵，不适合在室内或者小范围内工况下使用。激光标线仪和激光扫平仪利用激光在空间中生成一个基准线或者基准面进行找平。激光标线仪的实现方式是一束激光经过柱面透镜后展宽成一个激光扇面，激光扇面照射到目标物体上时就形成了一条激光线；激光扫平仪的实现方式是一束激光经过五棱镜后偏转90°，直流电机带动五棱镜快速旋转时，偏转后的激光光束就会在空间中形成一个激光平面。现有的激光标线仪一般只能生成水平方向或者竖直方向的参考激光扇面，并且生成的激光扇面一般是静态的，当在工程中需要一个倾斜一定角度的参考线时，就无法满足工程需求。另外，当工况中存在很多干扰光时，很难区分激光标线仪发出的信号光，会给工程施工带来很大的困扰。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可调谐激光平面生成装置，可以生成不同坡度的激光扇面以及激光基准线，以便辅助施工人员在倾斜面上作业，另外激光信号的频率可以通过信号发生器进行调制，在复杂的施工环境中，可以快速找到激光平面生成装置发出的信号光，提高工作效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种可调谐激光平面生成装置，包括光源模块、光学透镜组模块、电源管理模块以及机械调节模块，用于生成一个坡度和频率可调的激光扇面；所述光源模块用于发出激光光束；所述光学透镜组模块用于接收所述光源模块发射的激光光束，将其进行准直并展宽后射出；所述电源管理模块用于给光源模块、机械调节模块供电，所述的电源管理模块包括所述光源模块的调制电源，以及所述机械调节模块所用的步进电机的驱动电源；其中，光源模块的半导体激光二极管接收到的调制电流可以控制激光光束的频率；所述机械调节模块用于调节所述光学透镜组模块的相对位置和角度，改变激光扇面的坡度。
所述光源模块采用半导体激光二极管，波长为635nm，半导体激光二极管竖直固定在装置内部，与所述电源管理模块连接，电源管理模块给半导体激光二极管提供电源，并且对半导体激光二极管的发光频率进行调制。
所述的光学透镜组模块包括激光光束准直透镜组和激光光束展宽透镜组，将半导体激光二极管发出的激光光束进行准直，并将准直后的激光光束进行展宽。
所述的激光光束准直透镜组包括两个正透镜和一个孔径光阑，滤除激光光斑中的衍射环，减小出射光束的发散角；所述的激光光束展宽透镜组采用柱面透镜阵列。
所述的电源管理模块包括所述光源模块的调制电源，以及所述机械调节模块所用的步进电机的驱动电源。
本发明的有益效果：
通过对半导体激光二极管的驱动电流进行调制，可以实现具有特定发光频率的激光信号参考平面或基准线，光学透镜组模块与机械调节模块固定在一起，方便调节光学透镜组模块与光源模块的相对位置，在实际使用过程中，通过调节机械调节装置模块，就可以在空间中生成具有不同坡度的激光扇面。
附图说明
图1为本发明的一种可调谐激光平面生成装置的组成框图；
图2为本发明的光学透镜组模块的结构示意图；
图3为本发明的柱面透镜阵列的原理图；
图中：前正透镜1、孔径光阑2、后正透镜3、柱面透镜阵列4。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
一种可调谐激光平面生成装置，包括光源模块、光学透镜组模块、电源管理模块以及机械调节模块，用于生成一个坡度和频率可调的激光扇面。所述光源模块用于发出激光光束；所述光学透镜组模块用于接收所述光源模块发射的激光光束，将其进行准直并展宽后射出，输出的激光光束在某个方向上具有一定发散角，在空间中传输时，会展宽成激光扇面。
所述电源管理模块用于给光源模块、机械调节模块供电，所述的电源管理模块包括所述光源模块的调制电源，以及所述机械调节模块所用的步进电机的驱动电源。电源管理模块包括信号发生器，连接光源模块的激光二极管，通过调制信号发生器输出，激光二极管的驱动电流会发生相应的变化，可以控制激光二极管的发光频率。
所述机械调节模块用于调节所述光学透镜组模块的相对位置和角度，改变激光扇面的坡度。
所述光源模块采用半导体激光二极管，波长可为635nm，半导体激光二极管竖直固定在装置内部，与所述电源管理模块连接，电源管理模块给半导体激光二极管提供电源，并且对半导体激光二极管的发光频率进行调制。
所述的光学透镜组模块包括激光光束准直透镜组和激光光束展宽透镜组，将半导体激光二极管发出的激光光束进行准直，并将准直后的激光光束进行展宽。
所述的激光光束准直透镜组包括两个正透镜和一个孔径光阑，滤除激光光斑中的衍射环，减小出射光束的发散角；所述的激光光束展宽透镜组采用柱面透镜阵列，基于球面成像原理，圆形激光光斑会沿着柱面透镜的径向展开长条形激光光斑。
所述的电源管理模块包括所述光源模块的调制电源，以及所述机械调节模块所用的步进电机的驱动电源。
实施例
本发明公开的一种可调谐激光平面生成装置，如图1所示，包括光源模块、光学透镜组模块、电源管理模块以及机械调节模块。所述电源管理模块为所述光源模块以及所述机械调节模块提供电源，为所述光源模块提供了带有频率调制的电流信号。所述光学透镜组模块安装在光源模块之后，所述机械调节模块与光学透镜组模块固定连接。
图2为本发明的光学透镜组模块的结构示意图，所述光学透镜组模块包括激光光束准直透镜组和激光光束展宽透镜组，半导体激光二极管出射的激光具有比较大的发散角，并且出射的光斑具有明显的衍射环，所述光学透镜组模块包括两个正透镜（前正透镜1、后正透镜3）和一个孔径光阑2，可以有效的减小出射激光的发散角，并滤除激光光斑中的高阶衍射环。激光光束展宽透镜组可采用柱面透镜阵列4，准直后的激光光束照射到柱面透镜后，会展宽成一个激光扇面。
图3为本发明的柱面透镜阵列的原理图，柱面透镜阵列上的单个柱面透镜都可以用球面傍轴成像原理分析，傍轴条件下光在单个球面上的折射现象可以表示为
。
其中，球面透镜从左到右折射率分别为n1，n2，n3，球面透镜的半径为r，l1为第一个球面的物距，l1’为第一个球面的像距，l2’为球面透镜的像距，球面透镜的直径为d，在空气中，n1和n3可以看作是空气的折射率都为1，则入射光为平行光时，则可以得到像距为
。
由此可知，n2越大，l2’越小，透镜的发散角越大，激光展宽的效果越明显；另外激光展宽的效果也与透镜的半径有关，透镜的半径越小，激光偏转的角度越大，发散角也越大。
光源模块采用波长为635nm的半导体激光二极管，可以发出红色激光光束，在复杂的施工环境下可以比较明显的辨别出，进一步的，半导体激光二极管的发光频率可以调节。在一些建筑或装修的施工过程中，首先要明确激参考激光线或平面的位置，为了避免环境中其他红色干扰光的影响，调节半导体激光二极管的发光频率，可以快速找出参考激光线或者平面的位置。此外，激光平面的坡度可以通过机械调节模块进行控制，机械调节模块通过一定的机械结构与光学透镜组模块连接，特别是与光学透镜组模块中的柱面透镜阵列模块相连接，在机械调节模块的驱动下，柱面透镜阵列模块与入射的准直激光的相对位置会发生变化，继而形成的激光平面具有一定的坡度，坡度的具体值可以通过机械调节模块精确调节。机械调节模块采用步进电机驱动，可以通过编写控制程序驱动步进电机带动柱面透镜阵列模块的位置变化。装置内部含有电源管理模块，可以同时对光源模块的半导体激光二极管和机械调节模块的步进电机供电，其中对半导体激光二极管提供可调制电流，控制激光而激光的发光频率。

Claims (5)

1.一种可调谐激光平面生成装置，其特征在于，包括光源模块、光学透镜组模块、电源管理模块以及机械调节模块，用于生成一个坡度和频率可调的激光扇面；
所述光源模块用于发出激光光束；
所述光学透镜组模块用于接收所述光源模块发射的激光光束，将其进行准直并展宽后射出；
所述电源管理模块用于给光源模块、机械调节模块供电，所述的电源管理模块包括所述光源模块的调制电源，以及所述机械调节模块所用的步进电机的驱动电源；
其中，光源模块的半导体激光二极管接收到的调制电流可以控制激光光束的频率；
所述机械调节模块用于调节所述光学透镜组模块的相对位置和角度，改变激光扇面的坡度。
2.如权利要求1所述的可调谐激光平面生成装置，其特征在于，所述光源模块采用半导体激光二极管，波长为635nm，半导体激光二极管竖直固定在装置内部，与所述电源管理模块连接，电源管理模块给半导体激光二极管提供电源，并且对半导体激光二极管的发光频率进行调制。
3.如权利要求1所述的可调谐激光平面生成装置，其特征在于，所述的光学透镜组模块包括激光光束准直透镜组和激光光束展宽透镜组，将半导体激光二极管发出的激光光束进行准直，并将准直后的激光光束进行展宽。
4.如权利要求3所述的可调谐激光平面生成装置，其特征在于，所述的激光光束准直透镜组包括两个正透镜和一个孔径光阑，滤除激光光斑中的衍射环，减小出射光束的发散角；所述的激光光束展宽透镜组采用柱面透镜阵列。
5.如权利要求1所述的可调谐激光平面生成装置，其特征在于，所述的电源管理模块包括所述光源模块的调制电源，以及所述机械调节模块所用的步进电机的驱动电源。
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