CN101033940A - 用于空间物体三维检测与定位的光电式自准直显微测量仪 - Google Patents

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Abstract

用于空间物体三维检测与定位的光电式自准直显微测量仪，它涉及的是光学检测空间物***置的技术领域。它是为了解决对现有检测空间物体进行三维精密定位设备，存在光学***结构复杂、传感器数量多、检测精度低、检测速度慢的问题。它的第一分光棱镜(2)、第二分光棱镜(3)、辅助物镜(5)、精测CCD(6)都依次排列在主物镜(1)右侧光轴轴线上，第三分光棱镜(7)、准直CCD(8)都依次排列在第一分光棱镜(2)反射光的光轴轴线上，分划板(9)、聚光镜(10)、光源(11)都排列在第三分光棱镜(7)反射光的光轴轴线上，大范围监测CCD(4)的光敏面面向第二分光棱镜(3)的反射光轴。本发明能对空间物体的三维坐标进行测量，它具有测量速度快、测量精度高的优点，定位精度优于10微米。

Description

用于空间物体三维检测与定位的光电式自准直显微测量仪
技术领域
本发明涉及的是光学检测空间物***置的技术领域。
背景技术
在光学测量中，常用自准直仪测量角度，用显微镜进行精密尺寸测量。空间物体有六个自由度，其中三个位置信息，三个角度信息。要想对空间物体进行三维精密测量和定位，需要建立正交的三维坐标系，对于无导轨的非接触三维测量、定位常使用独立的自准直仪和显微镜或他们简单的组合后分别对被测空间物体进行测量，致使上述两种方式中的检测设备存在光学***结构复杂、检测速度慢、传感器数量多、检测精度低，而无法实现智能化自动化测量。
发明内容
本发明是为解决对空间物体进行非接触三维精密测量和定位中，使用无导轨的非接触三维测量、定位常使用独立的自准直仪和显微镜或他们简单组合后对被测空间物体进行测量存在***结构复杂、传感器数量多、检测速度慢、检测精度低的问题，进而提供一种用于空间物体三维检测与定位的光电式自准直显微测量仪。
本发明由主物镜1、第一分光棱镜2、第二分光棱镜3、大范围监测CCD 4、辅助物镜5、精测CCD 6、第三分光棱镜7、准直CCD 8、分划板9、聚光镜10、光源11、图像采集卡12、计算机13组成；
第一分光棱镜2、第二分光棱镜3、辅助物镜5、精测CCD 6都依次排列在主物镜1的右侧光轴轴线上，第一分光棱镜2透射光的光轴轴线、第二分光棱镜3透射光的光轴轴线、辅助物镜5的光轴轴线、精测CCD 6光敏面的中心线与主物镜1的光轴轴线互相重合，精测CCD 6的光敏面面向辅助物镜5，大范围监测CCD 4的光敏面面向第二分光棱镜3的反射光轴，大范围监测CCD 4的光敏面中心线与第二分光棱镜3反射光的光轴轴线相互重合，第三分光棱镜7、准直CCD 8都依次排列在第一分光棱镜2反射光的光轴轴线上，第三分光棱镜7透射光的光轴轴线、准直CCD 8光敏面的中心线与第一分光棱镜2反射光的光轴轴线相互重合，准直CCD 8的光敏面面向第三分光棱镜7透射光光轴，分划板9、聚光镜10、光源11都依次排列在第三分光棱镜7入射光的光轴轴线上，分划板9的光轴轴线、聚光镜10的光轴轴线、光源11的中心与第三分光棱镜7的入射光的光轴轴线相互重合，光源11的光输出端面向聚光镜10，大范围监测CCD 4的视频信号输出端连接图像采集卡12的第一视频信号输入端，精测CCD 6的视频信号输出端连接图像采集卡12的第二视频信号输入端，准直CCD 8的视频信号输出端连接图像采集卡12的第三视频信号输入端，图像采集卡12的数据控制输出输入总线端连接计算机13的数据控制输出输入总线端。
本发明能对空间物体的三维坐标进行测量，可监测空间物体的角度与二位空间信息，它具有测量速度快、结构简单、测量精度高、自动化程度高、远程控制、造价低廉、实时在线测量的优点。在物距达到1.4米的情况下对目标定位精度优于3微米。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1中主物镜1的结构示意图，图3是图1中辅助物镜5的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本具体实施方式由主物镜1、第一分光棱镜2、第二分光棱镜3、大范围监测CCD 4、辅助物镜5、精测CCD 6、第三分光棱镜7、准直CCD 8、分划板9、聚光镜10、光源11、图像采集卡12、计算机13组成；
第一分光棱镜2、第二分光棱镜3、辅助物镜5、精测CCD 6都依次排列在主物镜1的右侧光轴轴线上，第一分光棱镜2透射光的光轴轴线、第二分光棱镜3透射光的光轴轴线、辅助物镜5的光轴轴线、精测CCD 6光敏面的中心线与主物镜1的光轴轴线互相重合，精测CCD 6的光敏面面向辅助物镜5，大范围监测CCD 4的光敏面面向第二分光棱镜3的反射光轴，大范围监测CCD 4的光敏面中心线与第二分光棱镜3反射光的光轴轴线相互重合，第三分光棱镜7、准直CCD 8都依次排列在第一分光棱镜2反射光的光轴轴线上，第三分光棱镜7透射光的光轴轴线、准直CCD 8光敏面的中心线与第一分光棱镜2反射光的光轴轴线相互重合，准直CCD 8的光敏面面向第三分光棱镜7透射光光轴，分划板9、聚光镜10、光源11都依次排列在第三分光棱镜7入射光的光轴轴线上，分划板9的光轴轴线、聚光镜10的光轴轴线、光源11的中心与第三分光棱镜7的入射光的光轴轴线相互重合，光源11的光输出端面向聚光镜10，大范围监测CCD 4的视频信号输出端连接图像采集卡12的第一视频信号输入端，精测CCD 6的视频信号输出端连接图像采集卡12的第二视频信号输入端，准直CCD 8的视频信号输出端连接图像采集卡12的第三视频信号输入端，图像采集卡12的数据控制输出输入总线端连接计算机13的数据控制输出输入总线端，空间被测物体14设置在主物镜1的左侧光轴轴线上。
大范围监测CCD 4、精测CCD 6、准直CCD 8选用的型号都为日本WATEC公司的WAT-902H；图像采集卡12选用的型号为北京嘉恒中自OK_M10A；光源11可选用(单色)中心波长为525nm，带宽小于10nm的LED光源。
主物镜1采用六片单元透镜组成(如图2)；辅助物镜5采用4组元(三单一双)透镜组(如图3)成，分划板9上设置有十字通孔。
将两台本发明的测量仪90度正交放置，再分别用各自的准直***对被测物方位进行校准和角定位，用各自的大范围CCD进行位置监测，用精度测量CCD进行精密测量，从而能实现空间精密测量与定位。
工作原理：
由主物镜1、第一分光棱镜2、第三分光棱镜7、准直CCD 8、分划板9、聚光镜10、光源11构成准直检测***，光源11通过聚光镜10、分划板9、第三分光棱镜7、第一分光棱镜2、主物镜1照在空间被测物体14的反射表面上，反射回来的光束在分划板9上成像，并被准直CCD 8接收，准直CCD 8的图像信号通过图像采集卡12传送到计算机13中进行数据运算处理。
由主物镜1、第一分光棱镜2、第二分光棱镜3、大范围监测CCD 4构成大范围监测显微***，空间被测物体14成像在大范围监测CCD 4的镜头中，大范围监测CCD 4的图像信号通过图像采集卡12传送到计算机13中进行数据运算处理，完成对目标的搜索。
由主物镜1、第一分光棱镜2、第二分光棱镜3、辅助物镜5、精测CCD6构成精测显微***，空间被测物体14成像在精测CCD 6的镜头中，精测CCD 6的图像信号通过图像采集卡12传送到计算机13中进行数据运算处理，完成对目标尺寸的精密测量。

Claims (1)

1、用于空间物体三维检测与定位的光电式自准直显微测量仪，其特征在于它由主物镜(1)、第一分光棱镜(2)、第二分光棱镜(3)、大范围监测CCD(4)、辅助物镜(5)、精测CCD 6、第三分光棱镜(7)、准直CCD(8)、分划板(9)、聚光镜(10)、光源(11)、图像采集卡(12)、计算机(13)组成；
第一分光棱镜(2)、第二分光棱镜(3)、辅助物镜(5)、精测CCD(6)都依次排列在主物镜(1)的右侧光轴轴线上，第一分光棱镜(2)透射光的光轴轴线、第二分光棱镜(3)透射光的光轴轴线、辅助物镜(5)的光轴轴线、精测CCD(6)光敏面的中心线与主物镜(1)的光轴轴线互相重合，精测CCD(6)的光敏面面向辅助物镜(5)，大范围监测CCD(4)的光敏面面向第二分光棱镜(3)的反射光轴，大范围监测CCD(4)的光敏面中心线与第二分光棱镜(3)反射光的光轴轴线相互重合，第三分光棱镜(7)、准直CCD(8)都依次排列在第一分光棱镜(2)反射光的光轴轴线上，第三分光棱镜(7)透射光的光轴轴线、准直CCD(8)光敏面的中心线与第一分光棱镜(2)反射光的光轴轴线相互重合，准直CCD(8)的光敏面面向第三分光棱镜(7)透射光光轴，分划板(9)、聚光镜(10)、光源(11)都依次排列在第三分光棱镜(7)入射光的光轴轴线上，分划板(9)的光轴轴线、聚光镜(10)的光轴轴线、光源(11)的中心与第三分光棱镜(7)的入射光的光轴轴线相互重合，光源(11)的光输出端面向聚光镜(10)，大范围监测CCD(4)的视频信号输出端连接图像采集卡(12)的第一视频信号输入端，精测CCD(6)的视频信号输出端连接图像采集卡(12)的第二视频信号输入端，准直CCD(8)的视频信号输出端连接图像采集卡(12)的第三视频信号输入端，图像采集卡(12)的数据控制输出输入总线端连接计算机(13)的数据控制输出输入总线端。
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