專利名稱：基于焦面掃描的激光測距機發射和接收軸平行性測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及基于焦面掃描的激光測距機發射和接收軸平行性測量裝置，屬于光學
測量技術領域。
背景技術：
脈沖激光測距機因其測距速度快、精度高等優點，在軍事、民用等領域得到廣泛的 應用，其發射軸、接收軸之間的平行性簡稱收發軸平行性直接影響其測量精度。據了解，目 前測量激光測距機收發軸平行性主要依賴激光測距機的第三軸即瞄準軸作為基準，分別測 量接收軸與瞄準軸的平行性及發射軸與瞄準軸的平行性，然后再比對激光測距機收發軸的 平行性。目前還沒有直接測量激光測距機收發軸平行性的裝置或方法。測量發射軸與瞄準 軸的平行性方法有圖像采集對比法，即在被測激光測距機前方放置CCD探測器件，利用圖 像采集卡組成采集系統，對測距機瞄準系統十字分劃和激光光斑進行采集，通過圖像處理 技術對采集到的圖像進行處理，確定激光光斑和十字分劃中心坐標，獲得被測激光測距機 瞄準軸與發射軸的平行性(基于CCD的激光測距機光軸平行性檢測，駱新新，劉炳奇，孫東 平，馬建，光電技術應用，2009年，第30巻，第3期)。測量激光測距機瞄準軸與接收軸平 行性的方法有液晶調制法，在平行光管焦面上放置液晶空間光調制器，首先獲取測距機瞄 準軸在平行光管焦面上的位置，然后以一定的程序控制調制器每個像素的灰度掃描邊界圖 形，由激光測距機接收器接收，通過分析測距機測距結果，分析計算得出激光測距機瞄準軸 與接收軸的平行性。(基于液晶調制的激光測距機瞄準與接收軸平行性測量裝置，專利申請 號為200810057899. 5)。現有技術存在以下缺點和不足1、沒有直接測量激光測距機收發 軸平行性的裝置或方法；2、測量激光測距機瞄準軸與接收軸平行性時，默認激光測距機的 瞄準軸與發射軸同軸，僅僅檢測激光瞄準軸與發射軸之間的平行性；3、不能夠檢測沒有瞄 準器的激光測距機收發軸平行性。
發明內容
本發明目的在于提供一種基于焦面掃描的激光測距機收發軸平行性測量裝置。該 裝置能夠在無需瞄準軸的前提下定量地測量出激光測距機收發軸相對偏離量，也就是收發 軸平行性。 本發明提供的基于焦面掃描的激光測距機發射和接收軸平行性測量裝置，如圖1 所示，由平行光管、紅外相機、二維掃描平臺、光纖耦合器、光纖和角錐棱鏡組成。
其中平行光管采用離軸牛頓式，由殼體a、離軸拋物面主鏡、平面反射鏡次鏡和分 光棱鏡組成。其中光纖耦合器由殼體b、耦合物鏡和標準FC插口組成。如圖2所示，其中二 維掃描平臺由標準FC 口 a、連接座、縱向移動部件縱向驅動步進電機、縱向限位開關a、縱向 限位開關b、橫向移動部件、橫向驅動步進電機、橫向限位開關a、橫向限位開關b和小孔組 成。標準FC 口 a與橫向移動部件連接并從橫向移動部件中央穿過，出射端與小孔連接，二 維掃描平臺連接座和縱向移動部件采取中空設置，能夠讓小孔在光纖掃描平臺上移動預定的范圍而不被其阻擋，并保證小孔始終位于平行光管的焦面上。
測量步驟為首先利用激光測距機發射軸發射激光為光源，標定二維掃描平臺3
掃描區域中心與紅外相機接收面相對位置，并記錄為二維掃描平臺相對于紅外相機像面的
位置，記為零位，再用待測激光測距機發射端口直接對準平行光管，調整待測激光測距機與
平行光管相對姿態，使待測激光測距機發射軸與二維掃描平臺在紅外相機上的相對零位對
準，然后利用光纖耦合器和光纖將激光測距機發射端口發射光導引至小孔上，驅動二維掃
描平臺帶動小孔在平行光管焦面上進行掃描，模擬激光測距機接收軸接收軸外光進行激光
測距機接收端口光軸位置測量，記錄接收軸探測到探測測距光信號剛消失時所對應的二維
掃描平臺坐標位置，最后通過計算機計算出激光測距機接收軸方位，并與發射軸坐標比較，
得出激光測距機發射和接收軸的相對偏離量。
本發明能夠解決的主要技術問題及其積極效果是 1 、能夠直接定量地測量出激光測距機收發軸平行性。 2、能夠對沒有瞄準器的激光測距機進行收發軸平行性測量。 3、測量中無需其他光源作為輔助照明。
圖1為基于焦面掃描的激光測距機發射和接收軸平行性測量裝置結構示意圖及
二維平臺行程中心與紅外相機零位標定示意圖(也作為發明摘要附圖)； 圖2為二維掃描平臺結構示意圖； 圖3為待檢激光測距機與零位對準示意圖； 圖4為激光測距機收發軸平行性測量示意圖； 圖中1-平行光管，2-紅外相機，3- 二維掃描平臺，4-標準FC插口 a， 5_光纖耦合 器，6-標準FC插口 b， 7-光纖，8-殼體a， 9-離軸拋物面主鏡，10-平面反射鏡次鏡，11_分 光棱鏡，12-殼體b， 13-光纖耦合物鏡，14-待測激光測距機，15-待測激光測距機發射端口， 16-待測激光測距機接收端口 ， 17-待測激光測距機發射軸，18-待測激光測距機接收軸， 19-連接座，20-縱向移動部件，21-縱向驅動步進電機，22-縱向限位開關a， 23-縱向限位 開關b，24-橫向移動部件，25-橫向驅動步進電機，26-橫向限位開關a，27-橫向限位開關 b， 28-角錐棱鏡，29-光纖斷面b， 30-小孔。
具體實施例方式
如圖1所示，基于焦面掃描的激光測距機發射與接收軸平行性測量裝置由平行光 管1、紅外相機2、二維掃描平臺3、光纖耦合器5、光纖6和角錐棱鏡28組成。
由于激光測距機品牌型號不同，測距激光波長也會不同，為了能夠測量不同品牌 不同型號的激光測距機，消除色差帶來的檢測誤差，其中所述的平行光管1采用離軸牛頓 式，由殼體a8、離軸拋物面主鏡9、平面反射鏡次鏡10和分光棱鏡11組成。為測得激光測 距機發射軸位置，將平行光管1光路分為兩路，分光棱鏡11位于平行光管1的焦面之前，所 述的紅外相機2位于分光棱鏡反射光一側，紅外相機2焦面與平行光管焦面重合。所述的 二維掃描平臺3與殼體8連接，標準FC插口 a4與二維掃描平臺3連接，小孔30與標準FC 插口連接；
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其中光纖耦合器5由殼體b 12 、耦合物鏡13和標準FC插口 6組成，標準FC插口 6 出射端位于耦合物鏡13的焦面上；殼體b12通過螺紋與待測激光測距機發射端15連接；
如圖2所示，所述的二維掃描平臺3由標準FC 口 a4、連接座19、縱向移動部件20 縱向驅動步進電機21、縱向限位開關a22、縱向限位開關b23、橫向移動部件24、橫向驅動步 進電機25、橫向限位開關a26、橫向限位開關b27和小孔30組成，限位開關的設置是為了防 止步進電機移動量超出預定移動范圍而對機構造成損壞。標準FC 口 a4與橫向移動部件24 連接并從橫向移動部件24中央穿過，出射端與小孔30連接，二維掃描平臺3連接座19和 縱向移動部件20采取中空設置，能夠讓小孔30在光纖掃描平臺3上移動預定的范圍而不 被其阻擋，并保證小孔30始終位于平行光管1的焦面上。
測量過程如下 首先是校準二維掃描平臺3行程中心與紅外相機2像面坐標的對應關系如圖1 所示將光纖7與二維掃描平臺和光纖耦合器連接，將光纖耦合器5與待測激光測距機14發 射端15連接，在平行光管1前放置一角錐棱鏡28。驅動橫向驅動步進電機25和縱向步進 驅動電機21，帶動小孔30行至二維掃描平臺3橫向和縱向的行程中心，然后打開待檢激光 測距機14的電源，待檢激光測距機14發射端15發出的激光，經光纖7傳輸至平行光管1 的焦面上，再依次經過分光棱鏡11平面反射鏡10離軸拋物面主鏡9到達角錐棱鏡28后原 方向返回至分光棱鏡11的反射面后，經反射到達紅外相機2的像面。記錄此時紅外相機2 像面上光點的坐標位置，記為零位； 然后移走角錐棱鏡28、取下光纖耦合器5，如圖3所示，讓待檢激光測距機14發射 軸17直接指向平行光管1發光，調整平行光管1和待檢激光測距機14的相對姿態使得激 光測距機發射的光束成像在紅外相機2像面上與上一步驟標定的零位重合。
接著保持待檢激光測距機14與平行光管1相對位置不變，連接光纖耦合器5與待 檢激光測距機14的發射端15，驅動二維掃描平臺3的橫向驅動步進電機25和縱向驅動步 進電機21帶動光纖7與小孔30多次掃描整個幅面，記錄激光測距機14接收端16接收測 距光信號剛消失的邊界點，然后經過計算機將這些點擬合成一個圓并確定其圓心坐標，將 這個坐標與初始標定的零位相減，得出激光測距機接收軸與發射軸的平行性。
權利要求
基于焦面掃描的激光測距機發射和接收軸平行性測量裝置，其特征在于其由平行光管1、紅外相機2、二維掃描平臺3、光纖耦合器5、和光纖7組成；
2. 根據權利要求1所述的激光測距機發射和接收軸平行性測量裝置，其特征在于平行光管1由殼體a8、離軸拋物面主鏡9、平面反射鏡次鏡IO和分光棱鏡11組成，且分光棱 鏡11位于平行光管1的焦面之前；
3. 根據權利要求1所述的激光測距機發射和接收軸平行性測量裝置，其特征在于所 述的紅外相機2位于分光棱鏡11反射光一側平行光管1焦面上；二維掃描平臺3由標準FC 口 a4、連接座19、縱向移動部件20縱向驅動步進電機21、縱向限位開關a22、縱向限位開關 b23、橫向移動部件24、橫向驅動步進電機25、橫向限位開關a26、橫向限位開關b27和小孔 30組成，二維掃描平臺3與殼體a8連接，標準FC 口 a4與橫向移動部件24連接并從橫向移 動部件24中央穿過，出射端與小孔30連接，二維掃描平臺3連接座19和縱向移動部件20 采取中空設置，能夠讓小孔30在光纖掃描平臺3上移動預定的范圍而不被其阻擋，并保證 小孔30始終位于平行光管1的焦面上；
4. 根據權利要求1所述的激光測距機發射和接收軸平行性測量裝置，其特征在于所 述的光纖耦合器5由殼體bl2、耦合物鏡13和標準FC插口 6組成，標準FC插口 6出射端位 于耦合物鏡13的焦面上；殼體bl2通過螺紋與待測激光測距機發射端15連接；
5. 基于焦面掃描的激光測距機發射和接收軸平行性測量方法，其特征在于首先將光 纖7與二維掃描平臺和光纖耦合器連接，將光纖耦合器5與待測激光測距機14發射端15 連接，在平行光管1前放置一角錐棱鏡28。驅動橫向驅動步進電機25和縱向步進驅動電機 21，帶動小孔30行至二維掃描平臺3橫向和縱向的行程中心，打開待檢激光測距機14的電 源，待檢激光測距機14發射端15發出的激光，經光纖7傳輸至平行光管1的焦面上，再依 次經過分光棱鏡11平面反射鏡10離軸拋物面主鏡9到達角錐棱鏡28后原方向返回至分 光棱鏡11的反射面后，經反射到達紅外相機2的像面。記錄此時紅外相機2像面上光點的 坐標位置，記為零位；然后移走角錐棱鏡28、取下光纖耦合器5，讓待檢激光測距機14發射 軸17直接指向平行光管1發光，調整平行光管1和待檢激光測距機14的相對姿態，使得激 光測距機發射的光束成像在紅外相機2像面上與上一步驟標定的零位重合。接著保持待檢 激光測距機14與平行光管1相對位置不變，連接光纖耦合器5與待檢激光測距機14的發 射端15，驅動二維掃描平臺3的橫向驅動步進電機25和縱向驅動步進電機21帶動光纖7 與小孔30多次掃描整個幅面，記錄激光測距機14接收端16接收測距光信號剛消失的邊界 點，然后經過計算機將這些點擬合成一個圓并確定其圓心坐標，將這個坐標與初始標定的 零位相減，得出激光測距機接收軸與發射軸的平行性。
全文摘要
本發明屬于光學測量領域，涉及基于焦面掃描的激光測距機發射和接收軸平行性測量裝置，由平行光管、紅外相機、二維掃描平臺、FC插口a、FC插口b、激光光纖耦合器和光纖構成。本發明在測量時，首先校驗二維掃描平臺中心零位與紅外相機像面的相對位置，然后對準激光測距機發射軸與校驗零位，最后用光纖將測距機發射軸激光引至平行光管焦面上，通過二維掃描平臺進行焦面掃描，記錄激光測距機接收信號剛消失的邊界點，利用計算機計算擬合激光測距機接收軸軸線位置，并與發射軸軸線位置相減得到激光測距機收發軸的平行性。本發明裝置能夠在無需瞄準器的情況下直接測量激光測距機收發軸平行性。
文檔編號G01B11/27GK101793508SQ20101012979
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者付躍剛, 劉智穎, 張磊, 王加科, 胡源, 高天元 申請人:長春理工大學