CN111780691B - 自定心激光角度测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自定心激光角度测量系统，属于光学技术领域，现有的方案会在已存在一个测角光电传感器，但是存在光束角度漂移的问题。本发明棱镜组由两个分光棱镜组成，标准分光棱镜(15)和镀有反射膜(13)的分光棱镜(14)，当激光光束产生角度漂移量为θ(12)时，其产生的激光光束(2)经过分光棱镜(15)的分光面(17)分为两束，其中一束正常透射，另一束光传播至棱镜(14)的分光面(16)上，向下反射后被反射膜(13)反射。本发明中只需添加分光棱镜组，不需添加额外的光电传感器，就可以有效抑制激光器光束角度漂移对目标测量带来的测量误差，并且可降低成本，实现简单高效的测量。

Description

自定心激光角度测量系统
技术领域
本发明涉及一种自定心激光角度测量系统，属于光学技术领域。
背景技术
在激光角度测量系统中，激光光束是整个测量过程的基准，然而激光器在实际应用中，由于受到温度、震动等影响，会使激光光束产生一定的角度漂移，在对目标进行角度测量的过程中，此角度漂移量会与目标的角度变化量相互叠加，仅从输出结果来看，无法将两个角度区分开来，从而对目标的角度测量带来一定的误差。
本发明通过特制的分光棱镜组，将激光器产生的激光光束进行分光，通过对多束激光在相机感光面上的光斑位置关系进行对激光角度漂移的解算，从而进行角度补偿，达到提高测量精度的目的。
本发明则是在已存在一个测角光电传感器的基础上，通过添加额外的光电传感器来探测激光器光束角度漂移，达到降低光束角度漂移的影响。
发明内容
为了解决实际测量当中激光光束角度漂移的问题，本发明提供一种自定心激光角度测量系统，其中自定心功能主要由分光棱镜组完成，具体发明内容如下：
分光棱镜组由两个分光棱镜组成，标准分光棱镜和镀有反射膜的分光棱镜，当激光光束产生角度漂移量为θ时(假定角度顺时针为正，逆时针为负)，其产生的激光光束经过分光棱镜的第二分光面分为两束，其中一束正常透射，形成出射光束，其角度偏转量与激光光束的角度漂移量大小相同，方向相同。另一束光传播至分光棱镜的第一分光面上，向下反射后被反射膜反射，透过第一分光面形成出射光，其角度偏转量与激光光束的角度漂移量大小相同，方向相反。出射光束经过成像透镜后在工业相机的感光面上形成右光斑，出射光形成左光斑，激光器光束无角度漂移时的光束所成的无漂情况下的光斑。
优选的，所述的激光器作为光源用于发射激光光束；
优选的，所述的反射镜安置在被测物上；
优选的，所述衰减片用于过滤环境光影响，并削弱激光光束的光强；所述的工业相机用于探测激光光斑。
优选的，所述的分光棱镜组，在一个测量方向上，至少安置一组分光棱镜组。
本发明具有以下有益效果：
本发明自定心激光角度测量系统，通过在激光角度测量系统中安置特制的分光棱镜组进行分光，使得在相机感光面上的两光斑几何中心的平均位置不受激光器光束角度漂移的影响，减小激光器光束漂移带来的误差，提高测量精度，本方法所需外部元件简单，测量方法简捷高效。
附图说明
图1是自定心激光角度测量系统原理图；
图2是分光棱镜组工作原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的自定心激光角度测量系统中，所述的分光棱镜组3包括标准分光棱镜15和镀有反射膜13的分光棱镜14；所述的分光棱镜组3在同一个测量方向上至少安置一组分光棱镜组3。
具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的自定心激光角度测量系统，还包括激光器1、反射镜6、成像透镜10、衰减片9和工业相机11；所述的激光器1发射出激光光束2正前方经过分光棱镜组3，光线经被设置在被测物体上的反射镜6反射到达衰减片9，再经过成像透镜10由工业相机11接收。
具体实施方式三：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的自定心激光角度测量系统的使用方法为；激光光束2经过分光棱镜15的第二分光面17分为两束，其中一束正常透射，形成出射光束4，其角度偏转量与激光光束2的角度漂移量大小相同，方向相同；另一束光传播至分光棱镜14的第一分光面16上，向下反射后被反射膜13反射，透过第一分光面16形成出射光5，其角度偏转量与激光光束2的角度漂移量大小相同，方向相反；两束光经过安置在被测物表面上的反射镜6反射后，形成对应的第一反射光7和第二反射光8，两光束经过衰减片9削弱环境光影响，并降低光强，再经过成像透镜10将两束激光光束聚焦至工业相机11的感光面上，最后根据两光斑在工业相机感光面上的位置关系，求出目标的角度变化量。
具体实施方式四：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的自定心激光角度测量系统的使用方法为；假定角度顺时针为正，逆时针为负的情况下，当激光光束产生角度漂移量为θ12时，其产生的激光光束2经过分光棱镜15的第二分光面17分为两束，其中一束正常透射，形成出射光束4，其角度偏转量与激光光束2的角度漂移量大小相同，方向相同；另一束光传播至分光棱镜14的第一分光面16上，向下反射后被反射膜13反射，透过第一分光面16形成出射光5，其角度偏转量与激光光束2的角度漂移量大小相同，方向相反；出射光束4经过成像透镜10后在工业相机11的感光面上形成右光斑19，出射光5形成左光斑21，激光器光束无角度漂移时的光束18所成的无漂情况下的光斑20，假定坐标向右为正，向左为负，无漂情况下的光斑中心在工业相机感光面上的坐标为X0，根据成像原理可知，右光斑中心的坐标
X1＝X0+f·θ
左光斑中心的坐标
X2＝X0-f·θ
其中f为成像透镜(10)的焦距，则两光斑中心的平均值
Figure GDA0003326700050000031
与激光器无角度漂移时的光斑中心一致，并且与漂移量θ无关，达到了自定心的目的。

Claims (3)

1.一种自定心激光角度测量系统，其特征在于：包括带有分光面的分光棱镜组(3)，所述分光棱镜组(3)的相邻两个分光面呈直角设置，所述分光棱镜组(3)包括至少一组，每组包括标准分光棱镜(15)和镀有反射膜(13)的分光棱镜(14)；还包括激光器(1)、反射镜(6)、成像透镜(10)、衰减片(9)和工业相机(11)；所述的激光器(1)发射出激光光束(2)正前方经过分光棱镜组(3)，光线经被设置在被测物体上的反射镜(6)反射到达衰减片(9)，再经过成像透镜(10)由工业相机(11)接收；
激光光束(2)经过标准分光棱镜(15)的第二分光面(17)分为两束，其中一束正常透射，形成出射光束(4)，其角度偏转量与激光光束(2)的角度漂移量大小相同，方向相同；另一束光传播至分光棱镜(14)的第一分光面(16)上，向下反射后被反射膜(13)反射，透过第一分光面(16)形成出射光(5)，其角度偏转量与激光光束(2)的角度漂移量大小相同，方向相反；两束光经过安置在被测物表面上的反射镜(6)反射后，形成对应的第一反射光(7)和第二反射光(8)，两光束经过衰减片(9)削弱环境光影响，并降低光强，再经过成像透镜(10)将两束激光光束聚焦至工业相机(11)的感光面上，最后根据两光斑在工业相机(11)感光面上的位置关系，求出目标的角度变化量。
2.根据权利要求1所述的一种自定心激光角度测量系统，其特征在于：所述的激光器(1)作为光源用于发射激光光束；所述衰减片(9)用于过滤环境光影响，并削弱激光光束的光强；所述的工业相机(11)用于探测激光光斑。
3.根据权利要求2所述的一种自定心激光角度测量系统的原理方法，其特征在于：假定角度顺时针为正，逆时针为负的情况下，当激光光束产生角度漂移量为θ(12)时，其产生的激光光束(2)经过标准分光棱镜(15)的第二分光面(17)分为两束，其中一束正常透射，形成出射光束(4)，其角度偏转量与激光光束(2)的角度漂移量大小相同，方向相同；另一束光传播至分光棱镜(14)的第一分光面(16)上，向下反射后被反射膜(13)反射，透过第一分光面(16)形成出射光(5)，其角度偏转量与激光光束(2)的角度漂移量大小相同，方向相反；出射光束(4)经过成像透镜(10)后在工业相机(11)的感光面上形成右光斑(19)，出射光(5)形成左光斑(21)，激光器光束无角度漂移时的光束(18)所成的无漂情况下的光斑(20)，假定坐标向右为正，向左为负，无漂情况下的光斑中心在工业相机(11)感光面上的坐标为X0，根据成像原理可知，右光斑中心的坐标
X1＝X0+f·θ
左光斑中心的坐标
X2＝X0-f·θ
其中f为成像透镜(10)的焦距，则两光斑中心的平均值
Figure FDA0003338364660000021
与激光器无角度漂移时的光斑中心一致，并且与漂移量θ无关，达到了自定心的目的。
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