CN115406544A - 一种激光定位光源的定位线直线度测量方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光定位光源的定位线直线度测量方法、装置及系统，包括：遮光装置：两块相对且平行设置的黑色挡光板F、R；调距装置：用于调节所述黑色挡光板F与黑色挡光板R之间的缝隙间距，所述缝隙可被被测线光源的激光定位线穿过；还包括直线移动机构：用于驱动黑色挡光板F、R锁定间距后进行整体的直线移动。本发明通过两块相对且平行设置的黑色挡光板F、R，且黑色挡光板F与黑色挡光板R之间形成的缝隙间距可调，通过预设位置的激光功率计，将激光线的直线度测量转化为直线移动机构对黑色挡光板F、R整体移动距离的测量，用以解决现有面阵CCD测量精度较低的问题。

Description

一种激光定位光源的定位线直线度测量方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及激光检测技术领域，具体涉及一种激光定位光源的定位线直线度测量方法、装置及系统。

背景技术

激光线光源是由激光二极管、光学元件、金属结构件及电子电路组成的可以产生红色或绿色可见的激光标线，可广泛用于室内外装修标线定位等其它产品中。激光线光源在投射面上所成的线叫激光线，激光线的直线度、直线度、线质是其主要的指标。其中直线度即激光线光源所发射出的激光标线弯曲程度的量化表示。目前做激光线束的测量目前主要利用面阵CCD作为信号采集元件，1、使用CCD探测器接收激光器发出的定位线，记录峰值位置，重复采样10次，求峰值位置平均值；2、在精密导轨或其他等效位置上移动探测器，移动间距距离为10cm，重复步骤1，直至移动距离不小于1m；3、拟合数据点获得一条直线，各点距离直线的最大偏差是否符合标准。或将坐标纸固定在一立面，激光器与坐标纸的距离为标准距离。将激光线投射在坐标纸上，在1m的范围内，在坐标纸上测量激光线弯曲程度。前者开发和应用复杂，而且测量精度较低，只能作为静态检测；后者测量精度很低，人工读数不利于推广和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光定位光源的定位线直线度测量方法、装置及系统，通过两块相对且平行设置的黑色挡光板F、R，且黑色挡光板F与黑色挡光板R之间形成的缝隙间距可调，通过预设位置的激光功率计，将激光线的直线度测量转化为对黑色挡光板F、R整体移动距离的测量，用以解决现有测量精度较低或应用复杂的问题。

一种激光定位光源的定位线直线度测量装置，包括：

遮光装置：两块相对且平行设置的黑色挡光板F、R；

调距装置：用于调节所述黑色挡光板F与黑色挡光板R之间的缝隙间距，所述缝隙可被被测线光源的激光定位线穿过；

还包括直线移动机构：用于驱动黑色挡光板F、R锁定间距后进行整体的直线移动。

进一步地，所述黑色挡光板F与黑色挡光板R两相邻的边缘上设置调距装置，所述黑色挡光板F与黑色挡光板R之间的缝隙的间距可调。

进一步地，所述调距装置为千分尺，所述黑色挡光板F通过连接块与千分尺的测砧固定连接，所述黑色挡光板R通过连接块与千分尺的测微螺杆的端部固定连接，所述千分尺用于调节并测量黑色挡光板F、R之间的间距，以及调距后的间距锁定。

进一步地，所述直线移动机构包括直线导轨，以及直线导轨上的两个滑块，所述滑块分别与黑色挡光板F、R的侧边缘固定连接。

一种激光定位光源的定位线直线度测量系统，包括所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量装置，所述黑色挡光板的垂直上方设置被测线光源，所述测量面与被测线光源的发射窗口之间的垂直距离为标准距离，所述测量面包括未遮挡区及遮挡区，在所述遮挡区上的预设位置处分别布设有激光功率计：A点的激光功率计、B点的激光功率计，所述A点、B点的激光功率计用于测量穿过缝隙的线激光功率，所述A点、B点的激光功率计之间的间距为预设值；所述A、B两点与被测线光源组成等腰三角形。

进一步地，所述激光功率计采光口直径应大于被测线光源的定位线宽度。

一种激光定位光源的定位线直线度测量方法，应用于一种激光定位光源的定位线直线度测量系统，将所述系统布设在光学暗室内，并执行以下步骤：

S001、获得B点的激光功率计测得的功率值，并判断所述功率值与预设值的大小；

S002、若所述功率大于等于预设值，则执行两点标定法，获得被测线光源线宽值；

S003、若所述功率小于预设值，则执行单点标定法，获得被测线光源线宽范围。

进一步地，所述两点标定法，具体包括以下步骤：

S21、调节千分尺，使得黑色挡光板F、R之间的间距与定位线的宽度匹配；

S22、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动，使得被测线光源完全穿过A点缝隙，记录当前A点的激光功率计测得的功率值；

S23、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，继续通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动，使得B点的激光功率计测得的功率值等于步骤S22中A点激光功率计测得的功率值；记录步骤S22-S23的过程中黑色挡光板F、R整体直线移动的距离；

重复执行以上步骤，直到达到预设测量次数，根据所有的直线移动的距离计算预设测量次数的平均值；

将所述平均值确定为被测线光源的直线度。

进一步地，所述单点标定法，具体包括以下步骤：

S31、调节千分尺，使得黑色挡光板F、R之间的间距为标准值；

S32、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动，使得被测线光源完全穿过A点缝隙，在预设时间段内，记录A点的激光功率计的累计激光能量值；

S33、重复执行步骤S32，直到达到预设测量次数，获得多个累计激光能量值，根据所述多个累计激光能量值确定标定范围值；

S34、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，继续通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动可调宽度值，记录B点的激光功率计的累计激光能量值；

S35、判断所述累计激光能量值是否落入所述标定范围值内，若是，则确定所述被测线光源的直线度小于0.5mm。

本发明具有的有益效果：

1、本发明是对激光指标测量领域的一个新的拓展，通过设置缝隙间距可调的两块平行黑色挡光板，并在A、B两点处分别布设激光功率计，其中A点的激光功率计、B点的激光功率计用于测量穿过缝隙的线激光功率；A、B两点与被测线光源组成等腰三角形，从而将激光线的直线度测量转化为直线移动机构移动的距离，该装置设置简易，生产成本低，结构简单，适用于多种测量环境；

2、不仅能够精确的检测激光线的直线度，有效避免人为误差和抽样检测无法真实反应激光线的情况的缺陷，提高了检测的精度，而且能够将检测结果以读数的形式直观的展现给人，易于人们接受和推广，而且方法操作简单，系统结构简单易于实现，成本低廉。

附图说明

图1为本发明的测量方法流程示意图；

图2为本发明的两点标定法示意图；

图3为本发明的单点标定法示意图；

图4为本发明的测量装置示意图；

图5为本发明的直线移动机构示意图一；

图6为本发明的千分尺调距时测量装置俯视示意图一；

图7为本发明的千分尺调距时测量装置俯视示意图二；

图8为本发明的线激光完全穿过A点时缝隙与线激光的位置关系示意图；

图9为本发明的线激光完全穿过B点时缝隙与线激光的位置关系示意图；

附图标记：1-黑色挡光板，2-被测线光源，3-调距装置，4-直线移动机构，31-千分尺，5-缝隙，6-线激光。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

另外，为了清楚和简洁起见，可能省略了对公知的结构、功能和配置的描述。本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文描述的示例进行各种改变和修改。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

实施例1

如图4所示，一种激光定位光源的定位线直线度测量装置，包括两块相对且平行设置的黑色挡光板F、R，所述黑色挡光板F与黑色挡光板R之间形成的缝隙间距可调，所述缝隙可被被测线光源的激光定位线穿过，还包括直线移动机构，所述直线移动机构用于驱动黑色挡光板F、R沿间距可调的方向移动。

如图5所示，具体地，所述直线移动机构包括直线导轨，以及直线导轨上的两个滑块，所述滑块分别与黑色挡光板F、R的侧边缘固定连接。

需要说明的是，直线移动机构还可以是其他可以实现黑色挡光板F、R实现直线制动的结构，该移动的直线平行于间距调节的方向。示例性的，所述直线移动机构包括设置在黑色挡光板下方的滑轨，以及分别设置在黑色挡光板F、R底部的滑轮，所述滑轮沿滑轨上滑动。

在一种实施例中，所述直线移动机构为千分尺，所述黑色挡光板F、R的侧边缘滑动连接在千分尺的测微螺杆上。

优选的，所述直线导轨设置有刻度线，用于记录直线移动机构移动的距离。

其中，图6、图7分别为千分尺调距时测量装置俯视示意图，具体地，所述黑色挡光板F与黑色挡光板R两相邻的边缘上设置调距装置，所述黑色挡光板F与黑色挡光板R之间的缝隙的间距可调。

具体地，所述调距装置为千分尺，所述黑色挡光板F通过连接块与千分尺的测砧固定连接，所述黑色挡光板R通过连接块与千分尺的测微螺杆的端部固定连接，所述千分尺用于调节并测量黑色挡光板F、R之间的间距，以及调距后的间距锁定。

需要说明的是，当黑色挡光板F、R之间的间距与定位线的宽度匹配时，此时锁定千分尺，从而使得当前黑色挡光板F、R之间的间距锁定。

具体地，千分尺位于黑色挡光板F、R相邻的侧边缘，直线移动机构位于千分尺相对的一侧，且安装在黑色挡光板F、R相邻的侧边缘。

一种激光定位光源的定位线直线度测量系统，包括所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量装置，所述黑色挡光板的垂直上方设置被测线光源，所述测量面与被测线光源的发射窗口之间的垂直距离为标准距离，所述测量面包括未遮挡区及遮挡区，在所述遮挡区上的预设位置处分别布设有激光功率计：A点的激光功率计、B点的激光功率计，所述A点、B点的激光功率计用于测量穿过缝隙的线激光功率，所述A点、B点的激光功率计之间的间距为预设值；所述A、B两点与被测线光源组成等腰三角形。

需要说明的是，所述预设值越大越好。示例性的，所述预设值为1m。

具体的，所述标准距离为3m。

如图1-图3所示：

一种激光定位光源的定位线直线度测量方法，应用于一种激光定位光源的定位线直线度测量系统，将所述系统布设在光学暗室内，并执行以下步骤：

S001、获得B点的激光功率计测得的功率值，并判断所述功率值与预设值的大小；

S002、若所述功率大于等于预设值，则执行两点标定法，获得被测线光源线宽值；

S003、若所述功率小于预设值，则执行单点标定法，获得被测线光源线宽范围。

具体地，所述两点标定法，具体包括以下步骤：

S21、调节千分尺，使得黑色挡光板F、R之间的间距与定位线的宽度匹配；

S22、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动，使得被测线光源完全穿过A点缝隙，记录当前A点的激光功率计测得的功率值；

S23、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，继续通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动，使得B点的激光功率计测得的功率值等于步骤S22中A点激光功率计测得的功率值；记录步骤S22-S23的过程中黑色挡光板F、R整体直线移动的距离；

重复执行以上步骤，直到达到预设测量次数，根据所有的直线移动的距离计算预设测量次数的平均值；

将所述平均值确定为被测线光源的直线度。

具体地，所述单点标定法，具体包括以下步骤：

S31、调节千分尺，使得黑色挡光板F、R之间的间距为标准值；

需要说明的是，所述标准值可根据实际测试激光宽度要求选择，示例性的，所述标准值为1mm。

S32、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动，使得被测线光源完全穿过A点缝隙，在预设时间段内，记录A点的激光功率计的累计激光能量值；

S33、重复执行步骤S32，直到达到预设测量次数，获得多个累计激光能量值，根据所述多个累计激光能量值确定标定范围值；

S34、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，继续通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动可调宽度值，记录B点的激光功率计的累计激光能量值；

需要说明的是，所述可调宽度值可根据实际测试的要求宽度进行选择调节，用于定性判断激光直线度是否在要求宽度内。

S35、判断所述累计激光能量值是否落入所述标定范围值内，若是，则确定所述被测线光源的直线度小于0.5mm。

示例性的：AB为透过挡光板的线激光，之间距离为1m，线光源中心点与AB两点为等腰三角形。

方法步骤：将所述一种激光定位光源的定位线直线度测量系统放置在光学暗室内测试。

对于B点测得激光功率超过1W的线激光，执行以下步骤：

1、调节调距装置的千分尺将黑色挡光板F和R缝隙距离调节为激光线宽，可参考发明人的定位线线宽的测量的专利；

2、调节直线移动机构的千分尺将激光完全透过A点缝隙；

3、将激光功率计放置A点测得功率值，单位为W。

4、调节直线移动机构的千分尺整体移动黑色挡光板F和R，使得放置于B点的激光功率计测得功率与A点测量值一致，记录黑色挡光板F和R整体的移动距离。

需要说明的是，标准要求线宽是1mm，直线度为0.5mm，整体上下移动遮光板超过了0.5mm，则测试不满足要求，所以功率计采光口的移动范围是2mm。如果在其他测试中，对线宽和直线度有其他要求，线宽是a，直线度为b，则采光口的直径要大a+2b，考虑到光的散射，建议采光口直径为计算值2倍以上，为保障测试的准确性，如果没有光学暗室，也可在光线稳定场所测试。

5、调节直线移动机构的千分尺复位，重复步骤4，记录10次移动距离。

6、算得10次平均值为线激光的直线度。

对于B点测得激光功率小于1W的线激光，执行以下步骤：

1、调节调距装置的千分尺将黑色挡光板F和R距离调节为1mm缝隙；

2、调节直线移动机构的千分尺将激光完全透过A点缝隙；

3、用激光功率计测得A点1min内累计激光能量，测量10次，得到定标值范围值，如（a~b）J。（测得能量，单位为J，如果能量过小，为提高准确度可提高测试时间和次数）

4、调节直线移动机构的千分尺整体移动黑色挡光板F和R移动0.5mm，用激光功率计测得B点1min内累计激光能量，测量值如落在（a~b）J范围内，则证明直线度小于0.5mm，满足标准要求，如图8-图9所示。

测量过程如图所示，其中实线框表示黑色挡光板F、R之间缝隙，虚线框表示线激光。

如图8-图9所示，箭头表示直线移动机构的运动方向，从而带动缝隙做直线运动，进而使得线激光完全穿过B点。

放射治疗激光定位系统定位线直线度要求：在距离激光发射器发射窗口标准距离处，激光定位线直线度不应超多1.0m。

目前激光线光源线直度的检测一般采用两大类方法，一种采用摄像的方法进行测量，利用面阵CCD作为信号采集元件，放置在需要测量的检测点上，通过视频分割器和显示器将多个测量点的图像显示到检测员面前，此种方法虽然直观但最终通过人眼判断精度其精度低，人为误差大。

另一类是采用线阵CCD，虽然精度高，但一方面线阵CCD的感光面较小，另一方面采用摆放3-5个抽样点的方式无法真实反映激光线的线直度情况，而且不直观，使业内很多人士无法真正接受此种测量方法。

其中，光束宽度被定义为，用功率或能量密度分布函数的二阶矩关系定义的光束宽度为：

式中在光束位置z处的功率或能量密度分布函数E（x，y，z）的二阶矩为：

式中；

和

是到质心坐标

的距离。质心坐标由一阶矩确定，即：

理论上，必须对整个（x，y）)平面进行积分，实际上，要求对占光束功率（能量）至少99%的面积进行积分。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光定位光源的定位线直线度测量装置，其特征在于，包括：

遮光装置：两块相对且平行设置的黑色挡光板F、R；

调距装置：用于调节所述黑色挡光板F与黑色挡光板R之间的缝隙间距，所述缝隙可被被测线光源的激光定位线穿过；

还包括直线移动机构：用于驱动黑色挡光板F、R锁定间距后进行整体的直线移动。

2.根据权利要求1所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量装置，其特征在于，所述黑色挡光板F与黑色挡光板R两相邻的侧边缘上设置调距装置，所述黑色挡光板F与黑色挡光板R之间的缝隙的间距可调。

3.根据权利要求2所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量装置，其特征在于，所述调距装置为千分尺，所述黑色挡光板F通过连接块与千分尺的测砧固定连接，所述黑色挡光板R通过连接块与千分尺的测微螺杆的端部固定连接，所述千分尺用于调节并测量黑色挡光板F、R之间的间距，以及调距后的间距锁定。

4.根据权利要求3所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量装置，其特征在于，所述直线移动机构包括直线导轨，以及直线导轨上的两个滑块，所述滑块分别与黑色挡光板F、R的侧边缘固定连接。

5.一种激光定位光源的定位线直线度测量系统，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量装置，所述黑色挡光板的垂直上方设置被测线光源，所述测量面与被测线光源的发射窗口之间的垂直距离为标准距离，所述测量面包括未遮挡区及遮挡区，在所述遮挡区上的预设位置处分别布设有激光功率计：A点的激光功率计、B点的激光功率计，所述A点、B点的激光功率计用于测量穿过缝隙的线激光功率，所述A点、B点的激光功率计之间的间距为预设值；A、B两点与被测线光源组成等腰三角形。

6.根据权利要求5所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量系统，其特征在于，所述激光功率计采光口直径应大于被测线光源的定位线宽度。

7.一种激光定位光源的定位线直线度测量方法，其特征在于，应用于权利要求5-6任一项所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量系统，将所述系统布设在光学暗室内，并执行以下步骤：

S001、获得B点的激光功率计测得的功率值，并判断所述功率值与预设值的大小；

S002、若所述功率大于等于预设值，则执行两点标定法，获得被测线光源线宽值；

S003、若所述功率小于预设值，则执行单点标定法，获得被测线光源线宽范围。

8.根据权利要求7所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量方法，其特征在于，所述两点标定法，具体包括以下步骤：

S21、调节千分尺，使得黑色挡光板F、R之间的间距与定位线的宽度匹配；

S22、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动，使得被测线光源完全穿过A点缝隙，记录当前A点的激光功率计测得的功率值；

S23、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，继续通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动，使得B点的激光功率计测得的功率值等于步骤S22中A点激光功率计测得的功率值；记录步骤S22-S23的过程中黑色挡光板F、R整体直线移动的距离；

重复执行以上步骤，直到达到预设测量次数，根据所有的直线移动的距离计算预设测量次数的平均值；

将所述平均值确定为被测线光源的直线度。

9.根据权利要求7所述的一种激光定位光源的定位线直线度测量方法，其特征在于，所述单点标定法，具体包括以下步骤：

S31、调节千分尺，使得黑色挡光板F、R之间的间距为标准值；

S32、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动，使得被测线光源完全穿过A点缝隙，在预设时间段内，记录A点的激光功率计的累计激光能量值；

S33、重复执行步骤S32，直到达到预设测量次数，获得多个累计激光能量值，根据所述多个累计激光能量值确定标定范围值；

S34、保持当前黑色挡光板F、R之间的间距，继续通过直线移动机构驱动黑色挡光板F、R整体移动可调宽度值，记录B点的激光功率计的累计激光能量值；

S35、判断所述累计激光能量值是否落入所述标定范围值内，若是，则确定所述被测线光源的直线度小于0.5mm。

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