CN116929713A - 一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光跟踪技术领域，具体涉及一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，包括箱体与结构靶板。箱体中设有激光器，激光器产生的激光经衰减装置衰减后经二维振镜模块模拟出运动轨迹，衰减装置能够对激光的强度进行平滑的衰减，实现激光强度变化在现实环境中的模拟，二维振镜模块实现对激光轨迹的模拟，面阵相机对结构靶板上形成的光斑进行拍摄，图像经处理后换算为跟踪误差曲线，实现对激光跟踪设备的跟踪误差分析。本发明实现了激光动态目标模拟的同时可实现对受试设备的瞄准精度测量，此外还通过激光衰减装置，实现了对激光强度的衰减，实现了对激光在现实环境中的模拟，对提升受试设备的跟踪精度具有积极的意义。
Description
技术领域
本发明涉及激光跟踪技术领域，具体涉及一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备。
背景技术
随着现代工业技术的飞速发展，对激光跟踪技术性能的要求愈来愈高，激光跟踪技术具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，广泛应用于工业生产、建筑制造等领域，该技术作为快速精密导引设备的核心技术，在现代精密工业中发挥着日益重要的作用，同时伴随着激光跟踪技术的发展，与之相对应的试验测量技术，也应快速提高。
目前激光动态目标模拟设备或瞄准测量设备多为单一设备，靶板、激光动态目标模拟设备、瞄准测量设备三者各自固定后，对待测激光跟踪设备进行试验测量，架构繁琐，同时在试验测量的过程中，不能够很好的对外界环境进行仿真模拟，从而使得测激光跟踪设备在后续的实际使用中往往会产生一定的偏差，对跟踪精度造成影响。
基于此，本发明提供一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，以解决现有的试验测量设备使用不便、架构繁琐，同时在使用过程中不能够很好的对外界环境进行仿真模拟，影响设备开发后跟踪精度的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，以解决现有的试验测量设备使用不便、架构繁琐，同时在使用过程中不能够很好的对外界环境进行仿真模拟，影响设备开发后跟踪精度的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，包括箱体与结构靶板，所述的箱体中设置有激光器，激光器所产生的激光进入到衰减装置中，经衰减装置衰减的激光经二维振镜模块射出箱体外并在结构靶板上形成光斑，在箱体中还设置有测距仪与面阵相机，面阵相机上安装有手动变焦镜头，手动变焦镜头延出箱体的外部并在其前端安装有滤光片。
进一步地，所述的箱体中还设置有主板与电源模块，主板分别与面阵相机、激光器、衰减装置、二维振镜模块以及测距仪相连接，电源模块分别对各个元器件进行供电。
进一步地，所述的箱体的下底板上设置有安装孔，通过安装孔安装有通用三脚架。
进一步地，所述的衰减装置中设置有圆柱型光挡，在光挡的一端设置有进光孔，在光挡的另一端设置有出光孔，并在光挡中布置安装有第一反射镜片、第二反射镜片以及第三反射镜片，各个反射镜片呈三角形布置，各个反射镜片分别与光挡外部的伺服电机相连接。
进一步地，所述的各个反射镜片同时针方向转动，当第一反射镜片转动角度为ε时，第二反射镜片转动的角度为2ε，第三反射镜片转动的角度为ε，使得入射激光与出射激光平行。
进一步地，所述的衰减装置中设置有壳体，光挡位于壳体中，在壳体上方安装有散热风机，在壳体下方设置有散热孔，并在箱体的下底板上布置有散热槽，散热孔与散热槽相连通。
进一步地，所述的光挡的外部内嵌布置有半导体制冷芯片。
进一步地，所述的结构靶板包括上半部分与下半部分，上半部分与下半部分通过扭矩合页铰接，在结构靶板的下方可拆卸安装有支架。
进一步地，所述的支架中设置有支杆，支杆包括有第一支杆与第二支杆，第一支杆的前端通过连接件与下半部分的底部相连接，第二支杆的前端通过安装件安装在上半部分与下半部分的交接处，第一支杆与第二支杆的末端设置有地脚，地脚与地面固定连接。
进一步地，所述的结构靶板的背面设置有减重凹槽。
本发明的有益效果：
1、使用简单、方便，便于携带的同时在使用的过程中能够快捷拆装，给使用带来了便捷；
2、通过激光器、二维振镜模块以及主板中预设的运动轨迹参数，能够对激光的角度进行调节，从而在结构靶板上模拟出动态目标，从而对激光跟踪设备的动态跟踪过程进行试验测量，有益于激光跟踪设备跟踪精度的提升；
3、通过衰减装置，能够实现对激光强度的衰减与调节，于是过程中能够实现对外界真实环境的模拟，进一步提升激光跟踪设备跟踪精度；
4、通过面阵相机能够对跟踪情况进行拍摄，从而实现跟踪精度的分析，有益于提升跟踪精度的同时一体化的设计也使的使用更加的方便，给使用带来了便捷。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明通用三脚架安装示意图；
图3是本发明箱体整体结构示意图；
图4是本发明箱体底部结构示意图；
图5是本发明箱体内部结构示意图；
图6是本发明支架安装结构示意图；
图7是本发明衰减装置内部结构示意图；
图8是本发明衰减器内部结构示意图；
图9是本发明衰减器光路原理示意图(顺时针转动角度ε)；
图10是本发明衰减器光路原理示意图(顺时针转动角度0.5ε)；
图11是本发明衰减器光路原理示意图(逆时针转动角度ε)。
图中各标记对应的名称：
1、箱体；11、前侧板；111、滤光片；112、激光出射口；113、测距口；114、手动变焦镜头；12、后侧板；121、电源键；122、充电航插；123、USB航插；124、旋钮；125、网口航插；1251、交换机；13、下底板；131、散热槽；132、安装孔；14、电源模块；15、激光器；16、衰减装置；161、壳体；1611、散热风机；1612、散热孔；162、衰减器；1621、光挡；1622、进光孔；1623、出光孔；1624、半导体制冷芯片；1625、伺服电机；1626、第一反射镜片；1627、第二反射镜片；1628、第三反射镜片；17、二维振镜模块；18、主板；19、面阵相机；110、测距仪；2、结构靶板；21、上半部分；22、下半部分；23、扭矩合页；24、减重凹槽；25、连接孔；3、通用三脚架；4、支架；41、第一支杆；411、连接件；42、第二支杆；421、安装件；43、地脚。
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。
实施例1
如图3-5所示，在本实施例中设置有箱体1，其中在箱体1中设置有电源模块14，并同时设置有激光器15，激光器15发射的激光经衰减装置16进入到二维振镜模块17中，而后从箱体1前侧板11上的激光出射口112射出，并在箱体1中设置有面阵相机19，面阵相机19与手动变焦镜头114相连接，手动变焦镜头114的前端延出到箱体1的外部并与滤光片111相连接，同时在箱体1中设置有测距仪110，并在前侧板11上设置有测距口113，此外，在箱体1中还设置有电源模块14以及主板18，主板18分别与电源模块14、激光器15、衰减装置16、二维振镜模块17、面阵相机19以及测距仪110相连接。
在箱体1的后侧板12上设置有电源键121，电源键121与电源模块14相连接，并设置有充电航插122、USB航插123、旋钮124以及网口航插125，并在箱体1中设置有交换机1251。
实施例2
如图3-8所示，在本实施例中设置有箱体1，其中在箱体1中设置有电源模块14，并同时设置有激光器15，激光器15发射的激光经衰减装置16进入到二维振镜模块17中，而后从箱体1前侧板11上的激光出射口112射出，并在箱体1中设置有面阵相机19，面阵相机19与手动变焦镜头114相连接，手动变焦镜头114的前端延出到箱体1的外部并与滤光片111相连接，同时在箱体1中设置有测距仪110，并在前侧板11上设置有测距口113，此外，在箱体1中还设置有电源模块14以及主板18，主板18分别与电源模块14、激光器15、衰减装置16、二维振镜模块17、面阵相机19以及测距仪110相连接。
在箱体1的后侧板12上设置有电源键121，电源键121与电源模块14相连接，并设置有充电航插122、USB航插123、旋钮124以及网口航插125，并在箱体1中设置有交换机1251。
在衰减装置16中设置有壳体161，在壳体161中设置有衰减器162，其中在壳体161的上方设置有散热风机1611，并在壳体161的下方设置有散热孔1612，散热孔162与下底板13上的散热槽131相连通，并在衰减器162中设置有光挡1621，在光挡1621的外表面上内嵌安装有半导体制冷芯片1624，在光挡1621上设置有三个伺服电机1625，各个伺服电机1625分别与光挡1621内部的第一反射镜片1626、第二反射镜片1627以及第三反射镜片1628相连接，并在衰减器162的两端分别设置有进光孔1622以及出光孔1623。
实施例3
在本实施例中设置有箱体1，其中在箱体1的下底板13上设置有安装孔132，通过安装孔132与通用三脚架3相连接，在箱体1的前方设置有结构靶板2，其中结构靶板2由上半部分21与下半部分22通过扭矩合页23铰接连接而成，在结构靶板2的背面设置有减重凹槽24，同时在每一块结构靶板2的周边都设置有连接孔25，扭矩合页23通过连接孔25进行安装，同时通过连接孔25还连接有支架4，其中在支架4中设置有第一支杆41与第二支杆42，第一支杆41通过连接件411与下半部分22的底部相连接，第二支杆42通过安装件421与上半部分21以及下半部分22的交接处相连接，并在第一支杆41与第二支杆42的下方设置有地脚43，地脚43固定在地面上。
在箱体1中设置有电源模块14，并同时设置有激光器15，激光器15发射的激光经衰减装置16进入到二维振镜模块17中，而后从箱体1前侧板11上的激光出射口112射出，并在箱体1中设置有面阵相机19，面阵相机19与手动变焦镜头114相连接，手动变焦镜头114的前端延出到箱体1的外部并与滤光片111相连接，同时在箱体1中设置有测距仪110，并在前侧板11上设置有测距口113，此外，在箱体1中还设置有电源模块14以及主板18，主板18分别与电源模块14、激光器15、衰减装置16、二维振镜模块17、面阵相机19以及测距仪110相连接。
在箱体1的后侧板12上设置有电源键121，电源键121与电源模块14相连接，并设置有充电航插122、USB航插123、旋钮124以及网口航插125，并在箱体1中设置有交换机1251。
在衰减装置16中设置有壳体161，在壳体161中设置有衰减器162，其中在壳体161的上方设置有散热风机1611，并在壳体161的下方设置有散热孔1612，散热孔162与下底板13上的散热槽131相连通，并在衰减器162中设置有光挡1621，在光挡1621的外表面上内嵌安装有半导体制冷芯片1624，在光挡1621上设置有三个伺服电机1625，各个伺服电机1625分别与光挡1621内部的第一反射镜片1626、第二反射镜片1627以及第三反射镜片1628相连接，并在衰减器162的两端分别设置有进光孔1622以及出光孔1623。
本发明原理为：
本发明在使用的过程中将箱体1通过通用三脚架3进行安装与固定，过程中箱体1安装放置稳定，便于设备的稳定使用，同时将结构靶板2固定在箱体1的前方，过程中结构靶板2拆装简单便捷，给使用带来了方便。
在对激光跟踪设备进行试验测量的过程中，先通过测距仪110调节好结构靶板2与箱体1之间的距离，此时调节旋钮124控制激光器15发射出适宜强度的激光，而后通过主板18预设的轨迹参数控制二维振镜模块17运动，从而在结构靶板2上形成激光光斑轨迹，此时即可开始进行试验测量工作，过程中受试激光跟踪设备接收到结构靶板2反射过来的激光信号，通过其光敏传感器等测出该激光信号与自身轴心之间的角度，设备内部的处理器将该角度信息转化为运行信息，从而设备自身调节角度，使得对光斑进行跟踪，上述过程中涉及到的轨迹参数的设置、二维振镜模块以及激光跟踪原理为现有成熟的技术，在此做简单阐述，对本领域技术人员不难理解，就不在详加阐述。
在上述过程中，布阵相机19捕捉到结构靶板2上的画面图像，图像经处理后换算为跟踪误差曲线，经信息处理软件处理后在三防便携式计算机进行显示，即可实现对激光跟踪设备的试验测量过程，过程中涉及的数据传输需要的USB接口、网络接口等为现有成熟的技术，就不在赘述。
本发明在使用的过程中还可以实现对外界环境条件的模拟，如沙尘、雨露等对激光强度的影响，设备在实际使用过程中受各种原因影响，激光光斑的强度会处于波动变化的过程中，通过对激光强度波动的模拟，有助于提升激光跟踪设备试验测量的准确性。
通过衰减装置16实现对激光强度的控制，使得激光强度能够平滑的进行波动，过程中基于菲涅尔光强反射原理，通过控制各个反射镜片的角度，实现对入射激光入射角以及反射角的调节，从而实现对激光强度的调节，如图9-11所示，过程中与各个反射镜片相连接的伺服电机625同时针方向转动，第一反射镜片1626转动角度ε，第二反射镜片1627转动的角度为第一反射镜片1626的2倍，即为2ε，第三反射镜片1627转动的角度与第一反射镜片1626转动的角度一致，亦为ε，此时，入射激光与出射激光平行并实现了衰减，原理如下：
如图9所示，随着第一反射镜片1626顺时针转动角度ε，相应的入射角变化为α-ε，可以看出，经过第一发射镜片1626后，出射激光相对于没有转动前，改变的角度为2ε，此时转动第二反射镜片1627的角度为2ε，于是可以看出，第二反射镜片1627转动前后，激光的入射角β保持不变，此时出射激光经第三反射镜片1628反射，过程中可以看出图示中的两个三角形相似，于是相当于第二反射镜片1627转动后，出射角的变动角度为2ε，此时只需要转动第三反射镜片ε角度，即可实现出射激光的平行射出，从附图10-11也可以看出，即使转动的角度不一致或逆时针方向转动，均满足上述规律，原理类似，具体就不在赘述。
于是过程中控制各个镜片转动的角度，即可实现对最终激光光强的控制，实现对激光强度的衰减，过程中配合控制参数，能够实现对激光强度的平滑调节，通过衰减曲线的不同，实现对不同实际环境的模拟，对提升激光跟踪设备试验测量的准确性起到了积极的作用，在激光衰减的过程中，多余的能量被光挡1621所吸收，吸收能量后的光挡1621温度会上升，此时通过半导体制冷芯片1624实现热量的输送，而后通过散热风机1611将热量排出，保证设备的稳定运行，过程中所涉及的光挡1621以及半导体制冷芯片1624为现有成熟的技术，其原理等就不再赘述。
应用例1
在对某激光跟踪设备进行试验测量的过程中，将箱体与三防计算机相连接，并启动装置电源，通过测距仪调节结构靶板距离箱体之间的距离为4m，此时不启动衰减装置(打开箱体并将衰减装置取出)，为了保证试验的安全性，通过旋钮调节合适的光强，并通过计算机对二维振镜模块的运动参数进行设计，于是二维振镜模块对光斑的运动轨迹进行模拟，将受试跟踪设备置于结构靶板前30m处，此时启动跟踪设备，跟踪设备对结构靶板上的激光光斑进行跟踪。
调节面阵相机的焦距，使的成像清晰，并通过面阵相机拍摄结构靶板上的画面，并将画面传输给计算机，计算机处理数据后生成跟踪误差曲线，实际试验测量中，跟踪精度为10.0μrad，可以看出，受试设备的跟踪精度比较准确。
对比例1
与应用例1进行对比
在本对比例中，安装衰减装置并启动，由于衰减装置的安装，需要调节更大的光强，调节旋钮，使的经过衰减装置后的光强为应用例1基本保持一致。
此时，通过计算机输入衰减函数，对雨雾天气的激光衰减规律进行模拟，在试验测量的过程中，激光光强发生变化，导致结构靶板上的光斑强度出现变化。
面阵相机拍摄结构靶板上的画面并将画面传输给计算机，计算机处理数据后生成跟踪误差曲线，实际试验测量中，跟踪精度为12.0μrad。
可以看出，随着增加了对实际环境的模拟，受试激光跟踪设备的跟踪精度出现了较大的误差，于是需要进一步的进行调节从而增加其跟踪精度，对高精度激光跟踪设备的研发具有重要的意义。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：包括箱体(1)与结构靶板(2)，所述的箱体(1)中设置有激光器(15)，激光器(15)所产生的激光进入到衰减装置(16)中，经衰减装置(16)衰减的激光经二维振镜模块(17)射出箱体(1)外并在结构靶板(2)上形成光斑，在箱体(1)中还设置有测距仪(110)与面阵相机(19)，面阵相机(19)上安装有手动变焦镜头(114)，手动变焦镜头(114)延出箱体(1)的外部并在其前端安装有滤光片(111)。
2.根据权利要求1所述的一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：所述的箱体(1)中还设置有主板(18)与电源模块(14)，主板(18)分别与面阵相机(19)、激光器(15)、衰减装置(16)、二维振镜模块(17)以及测距仪(110)相连接，电源模块(14)分别对各个元器件进行供电。
3.根据权利要求1所述的一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：所述的箱体(1)的下底板(13)上设置有安装孔(132)，通过安装孔(132)安装有通用三脚架(3)。
4.根据权利要求1所述的一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：所述的衰减装置(16)中设置有圆柱型光挡(1621)，在光挡(1621)的一端设置有进光孔(1622)，在光挡(1621)的另一端设置有出光孔(1623)，并在光挡(1621)中布置安装有第一反射镜片(1626)、第二反射镜片(1627)以及第三反射镜片(1628)，各个反射镜片呈三角形布置，各个反射镜片分别与光挡(1621)外部的伺服电机(1625)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：所述的各个反射镜片同时针方向转动，当第一反射镜片(1626)转动角度为ε时，第二反射镜片(1627)转动的角度为2ε，第三反射镜片(1628)转动的角度为ε，使得入射激光与出射激光平行。
6.根据权利要求4所述的一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：所述的衰减装置(16)中设置有壳体(161)，光挡(1621)位于壳体(161)中，在壳体(161)上方安装有散热风机(1611)，在壳体(161)下方设置有散热孔(1612)，并在箱体(1)的下底板(13)上布置有散热槽(131)，散热孔(1612)与散热槽(131)相连通。
7.根据权利要求6所述的一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：所述的光挡(1621)的外部内嵌布置有半导体制冷芯片(1624)。
8.根据权利要求1所述的一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：所述的结构靶板(2)包括上半部分(21)与下半部分(22)，上半部分(21)与下半部分(22)通过扭矩合页(23)铰接，在结构靶板(2)的下方可拆卸安装有支架(4)。
9.根据权利要求8所述的一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：所述的支架(4)中设置有支杆，支杆包括有第一支杆(41)与第二支杆(42)，第一支杆(41)的前端通过连接件(411)与下半部分(22)的底部相连接，第二支杆(42)的前端通过安装件(421)安装在上半部分(21)与下半部分(22)的交接处，第一支杆(41)与第二支杆(42)的末端设置有地脚(43)，地脚(43)与地面固定连接。
10.根据权利要求1所述的一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备，其特征在于：所述的结构靶板(2)的背面设置有减重凹槽(24)。
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2023
- 2023-08-28 CN CN202311091020.XA patent/CN116929713A/zh active Pending
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