CN211698179U - 一种基于干涉条纹的智能光轴装调*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于干涉条纹的智能光轴装调***，包括：待装调光学***，支撑工装运动部件，平行光管，视觉测量部件，运动控制中心；待装调光学***包括发射光学***、接收光学***和光电探测器；平行光管包括离轴抛物面和光源模块，将焦点处光源模块的点光源准直成平行光并入射至接收光学***，将发射光学***的光束汇聚至焦点处，以使发射光学***光轴和接收光学***光轴相互平行；视觉测量部件采集经接收光学***镜面反射后的光线所产生的干涉条纹，及拍摄光源模块产生的光斑。本申请以接收光学***光轴为基准，采用干涉法和焦平面法作为判断依据实现光轴的装调，采用视觉测量方法提高装调效率，减少人为误差及保证装调一致性。

Description

一种基于干涉条纹的智能光轴装调***

技术领域

本实用新型涉及光轴装调技术领域，特别是涉及一种基于干涉条纹的智能光轴装调***。

背景技术

激光测距机的激光器发射激光光束，通过光学***扩束后出射到被测目标，激光束照射到被测目标后产生漫反射，反射光束经过接收光学***聚焦到光电探测器上，经过电路处理后，计算出目标距离信息。激光测距机的光轴是指激光发射光学***光轴和激光接收光学***光轴。激光测距机设计时，在结构上通常保证了发射接收光轴的近似同轴性，接下来就是精确调校激光发射接收的光轴。激光测距机的光轴误差直接影响测距机测距性能，误差较大时，测距机测距能力严重降低。

在进行测距机装调过程中，由于结构件的加工误差导致实际光轴方向和设计的理想光轴方向产生偏差，这样的偏差对测距机的测距能力造成很大影响。现有的装调技术操作比较繁琐，装调误差较大，为解决现有装调技术存在的问题，本实用新型提出了一套可视化的智能装调***，采用相机代替人眼观察，降低了传统方法中人眼观察带来的偏差，同时提高了装调效率，可实现自动化生产。

目前常见光轴平行性装调方法有平行光管法、光轴仪法、投影靶板法。现有技术中平行光管法需要人工目视判断装调结果，容易引入人为误差；光轴仪法，设备装校难度大，且专用性强；投影靶板法，易受天气或环境光的影响，远距离情况下光斑能量弱且光斑不均匀导致测量误差，距离近了分辨率不高。

因此，如何解决测距机接收***与发射***的光轴平行性装调问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于干涉条纹的智能光轴装调***，可以以接收光学***的光轴为基准，调节发射轴方向，确保光轴平行性。其具体方案如下：

一种基于干涉条纹的智能光轴装调***，包括：

待装调光学***，包括发射光学***、接收光学***和位于所述接收光学***一侧的光电探测器；

支撑工装运动部件，用于固定和微调所述发射光学***、所述接收光学***和所述光电探测器；

平行光管，包括离轴抛物面反射镜和位于所述离轴抛物面反射镜的焦点处的光源模块，用于将焦点处所述光源模块的点光源准直成平行光并入射至所述接收光学***，以及将所述发射光学***的光束汇聚至焦点处，以使所述发射光学***的光轴和所述接收光学***的光轴相互平行；

视觉测量部件，用于采集经所述接收光学***镜面反射后的光线所产生的干涉条纹，以及拍摄所述光源模块产生的光斑；

运动控制中心，与所述支撑工装运动部件和所述视觉测量部件分别电性连接，用于控制所述支撑工装运动部件和所述视觉测量部件的正常运行。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，所述光源模块包括装掐结构，位于所述装掐结构内部的光纤接口和红外感光材料，与所述光纤接口连接的合束光纤，与所述合束光纤分别连接的He-Ne激光器和测距用红外激光器。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，所述光源模块还包括位于所述装掐结构底部的光源支撑运动部件。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，所述光纤接口和所述红外感光材料所在平面与所述光源支撑运动部件所在平面互相平行。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，所述支撑工装运动部件包括用于固定和微调所述接收光学***的二维旋转支撑运动部件，用于固定和微调所述发射光学***的五维支撑运动部件，以及用于固定和微调所述光电探测器的三维平移支撑运动部件。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，所述视觉测量部件包括分光镜，位于所述分光镜上方的第一相机和位于所述分光镜下方的第二相机；其中，

所述分光镜，用于将所述光学模块的He-Ne激光器经所述离轴抛物面反射镜反射的光线进行分光，并将分光后的第一光线入射至所述接收光学***，以及将所述接收光学***镜面反射后的光线再次进行分光，并将分光后的第二光线反射至所述第一相机；

所述第一相机，用于采集所述第二光线所产生的干涉条纹；

所述第二相机，用于拍摄位于焦点处的所述光源模块的光纤出光端子，还用于拍摄位于焦点处的所述光源模块的红外感光材料产生的光斑。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，所述分光镜设置在所述离轴抛物面反射镜和所述接收光学***之间；所述第一相机设置在所述待装调光学***的右侧方；所述第二相机设置在所述离轴抛物面反射镜和所述光源模块之间。

从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的一种基于干涉条纹的智能光轴装调***，包括：待装调光学***，包括发射光学***、接收光学***和位于接收光学***一侧的光电探测器；支撑工装运动部件，用于固定和微调发射光学***、接收光学***和光电探测器；平行光管，包括离轴抛物面反射镜和位于离轴抛物面反射镜的焦点处的光源模块，用于将焦点处光源模块的点光源准直成平行光并入射至接收光学***，以及将发射光学***的光束汇聚至焦点处，以使发射光学***的光轴和接收光学***的光轴相互平行；视觉测量部件，用于采集经接收光学***镜面反射后的光线所产生的干涉条纹，以及拍摄光源模块产生的光斑；运动控制中心，与支撑工装运动部件和视觉测量部件分别电性连接，用于控制支撑工装运动部件和视觉测量部件的正常运行。

本实用新型基于平行光管法，可以解决待装调光学***中的发射光学***的光轴与接收光学***的光轴平行性装调问题，具体以接收光学***的光轴为基准，采用接收光学***镜面反射光产生的干涉条纹作为判断接收光学***光轴与平行光管光轴的平行性，调节发射轴的方向，确保发射光学***光轴与平行光管光轴的平行性，进而使发射光学***的光轴与接收光学***的光轴互相平行，并且采用视觉测量部件代替人眼作为判断装调的状态，可以解决人眼观察方法的缺点，提高装调效率，减少人为误差及保证装调一致性，整个***结构紧凑，装调误差小，无需繁琐地外场标定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的智能光轴装调***的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光源模块的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的智能光轴装调***的装调方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种基于干涉条纹的智能光轴装调***，如图1所示，包括：

待装调光学***，包括发射光学***1、接收光学***2和位于接收光学***2一侧的光电探测器3；这里的待装调光学***可以是测距机、瞄准***等，也可以是其它，只要有光轴平行性或垂直性要求的光学仪器或***均可；

支撑工装运动部件，用于固定和微调发射光学***1、接收光学***2和光电探测器3；

平行光管，包括离轴抛物面反射镜4和位于离轴抛物面反射镜4的焦点处的光源模块5，用于将焦点处光源模块5的点光源准直成平行光并入射至接收光学***2，以及将发射光学***1的光束汇聚至焦点处，以使发射光学***1的光轴和接收光学***2的光轴相互平行；

视觉测量部件，用于采集经接收光学***2镜面反射后的光线所产生的干涉条纹，以及拍摄光源模块5产生的光斑；

运动控制中心6，与支撑工装运动部件和视觉测量部件分别电性连接，用于控制支撑工装运动部件和视觉测量部件的正常运行。

在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，基于平行光管法，可以解决待装调光学***中的发射光学***的光轴与接收光学***的光轴平行性装调问题，具体以接收光学***的光轴为基准，采用接收光学***镜面反射光产生的干涉条纹(如牛顿环)作为判断接收光学***光轴与平行光管光轴的平行性，调节发射轴的方向，确保发射光学***光轴与平行光管光轴的平行性，进而使发射光学***的光轴与接收光学***的光轴互相平行，并且采用视觉测量部件代替人眼作为判断装调的状态，可以解决人眼观察方法的缺点，提高装调效率，减少人为误差及保证装调一致性，整个***结构紧凑，装调误差小，无需繁琐地外场标定。

需要说明的是，平行光管法是利用离轴抛物面反射镜的汇聚特性，对平行入射的光束始终汇聚到焦平面上，实现发射光学***光轴与接收光学***光轴平行性判断。

另外，需要强调的是，本实用新型的核心目的除了包括光轴平行性装调，还可以包括垂直性装调，只要添加反射镜或其他设备将光束方向进行改变即可。本实用新型的核心在于采用干涉法和焦平面法作为判断依据，可以利用牛顿环等厚干涉原理，直接利用接收光学***镜面前后表面的光产生干涉，通过拍摄干涉条纹得到牛顿环图像，进而确定接收光学***的光轴方向，无需采用额外附件，减少误差源；当然，也可以利用平行平板等倾干涉、楔形板等厚干涉等干涉原理，在此不做赘述。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，如图2所示，光源模块5包括装掐结构51，位于装掐结构内部的光纤接口52和红外感光材料53，与光纤接口52连接的合束光纤54，与合束光纤54分别连接的He-Ne激光器55和测距用红外激光器56。可理解的是，合束光纤是通过光纤利用光路合束的原理，这里也替换成空间合束的方案，在此不做赘述。

需要了解的是，在确定接收光学***的光轴方向时是需要将光源模块的光纤出光端子设置在平行光管焦点处，打开光源模块的He-Ne激光光源；在装调光电探测器位置时是需要将光源模块的光纤出光端子设置在平行光管焦点处，打开光源模块的测距用红外激光器；在确定发射光学***的光轴方向时是需要将光源模块的红外感光材料设置在平行光管焦点处，开启发射光学***的光源。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，如图2所示，光源模块5还包括位于装掐结构底部的光源支撑运动部件57。通过光源支撑运动部件57的运作可以控制光纤接口52或红外感光材料53移动至平行光管的焦点处。

进一步地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，为了便于调整光纤接口52或红外感光材料53的位置，如图2所示，光纤接口52和红外感光材料53所在平面可以与光源支撑运动部件57所在平面互相平行，这样只要平移即可。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，如图1所示，支撑工装运动部件包括用于固定和微调接收光学***2的二维旋转支撑运动部件7，用于固定和微调发射光学***1的五维支撑运动部件8，以及用于固定和微调光电探测器3的三维平移支撑运动部件9。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，如图1所示，视觉测量部件包括分光镜10，位于分光镜10上方的第一相机11和位于分光镜下方的第二相机12；其中，

分光镜10，用于将光学模块5的He-Ne激光器55经离轴抛物面反射镜4反射的光线进行分光，并将分光后的第一光线入射至接收光学***2，以及将接收光学***2镜面反射后的光线再次进行分光，并将分光后的第二光线反射至第一相机11；分光镜10可以根据实际需求来选择，较佳地，该分光镜10可以采用偏振分光镜，能够提高干涉条纹能量和对比度；

第一相机11，用于采集第二光线所产生的干涉条纹；

第二相机12，用于拍摄位于焦点处的光源模块5的光纤出光端子，还用于拍摄位于焦点处的光源模块5的红外感光材料53产生的光斑。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***中，如图1所示，分光镜10设置在离轴抛物面反射镜4和接收光学***2之间；第一相机11设置在待装调光学***的右侧方；第二相机12设置在离轴抛物面反射镜4和光源模块5之间。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***的装调方法，由于该装调方法解决问题的原理与前述智能光轴装调***相似，因此该装调方法的实施可以参见智能光轴装调***的实施，重复之处不再赘述。

在具体实施时，本实用新型实施例提供的智能光轴装调***的装调方法，如图3所示，具体包括：

S301、将待装调光学***的发射光学***、接收光学***和光电探测器分别安装在支撑工装运动部件，且置于平行光管中；

S302、打开运动控制中心(包括运动控制软件和图像分析软件)，以控制支撑工装运动部件和视觉测量部件的正常运行；

S303、将位于平行光管焦点处的光源模块的点光源准直成平行光并入射至接收光学***，通过视觉测量部件采集经接收光学***镜面反射后的光线所产生的干涉条纹，并通过微调支撑工装运动部件以确定接收光学***的光轴方向；

S304、将发射光学***的光束经平行光管汇聚至平行光管焦点处，通过视觉测量部件拍摄光源模块产生的光斑，并通过微调支撑工装运动部件以确定发射光学***的光轴方向，使发射光学***的光轴和接收光学***的光轴相互平行。

在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***的装调方法中，可以通过上述步骤，解决待装调光学***中的发射光学***的光轴与接收光学***的光轴平行性装调问题，首先以接收光学***的光轴为基准，采用接收光学***镜面反射光产生的干涉条纹(如牛顿环)作为判断接收光学***光轴与平行光管光轴的平行性，然后调节发射轴的方向，确保发射光学***光轴与平行光管光轴的平行性，进而使发射光学***的光轴与接收光学***的光轴互相平行，在此过程中采用视觉测量部件代替人眼作为判断装调的状态，可以解决人眼观察方法的缺点，提高装调效率，减少人为误差及保证装调一致性。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***的装调方法中，步骤S303将位于平行光管焦点处的光源模块的点光源准直成平行光并入射至接收光学***，通过视觉测量部件采集经接收光学***镜面反射后的光线所产生的干涉条纹，并通过微调支撑工装运动部件以确定接收光学***的光轴方向，具体可以包括以下步骤：

步骤一、将光源模块的光纤出光端子设置在平行光管焦点处；

步骤二、打开光源模块的He-Ne激光光源，通过视觉测量部件的第一相机采集经接收光学***镜面反射后的光线所产生的干涉条纹；

步骤三、控制二维旋转支撑运动部件在俯仰方向和方位方向进行微调，使干涉条纹的宽度和形状达到最佳值，即条纹宽度最宽和条纹形状最圆；

步骤四、锁定二维旋转支撑运动部件以确定接收光学***的光轴方向，并关闭He-Ne激光光源。

接下来，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***的装调方法中，在执行步骤S303确定接收光学***位置之后，在执行步骤S304确定发射光学***位置之前，还包括以下步骤：

首先，启动光电探测器的数据采集程序；

然后，打开光源模块的测距用红外激光器；

之后，控制三维平移支撑运动部件带动用于集成光电探测器的电路板进行微调，使光电探测器的位置处于最佳，即光电探测器所接收到的能量最多，信号强度最强；

最后，锁定三维平移支撑运动部件，并固化电路板，关闭测距用红外激光器。

进一步地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述智能光轴装调***的装调方法中，步骤S304将发射光学***的光束经平行光管汇聚至平行光管焦点处，通过视觉测量部件拍摄光源模块产生的光斑，并通过微调支撑工装运动部件以确定发射光学***的光轴方向，具体可以包括以下步骤：

第一步、通过视觉测量部件的第二相机拍摄光纤出光端子位置，并保存光纤出光端子位置数据；

第二步、将光源模块的红外感光材料设置在平行光管焦点处；

第三步、开启发射光学***的光源，同时第二相机开始拍摄光斑，并记录光斑中心位置；

第四步、控制五维支撑运动部件对发射光学***进行微调，直至第二相机拍摄的光斑中心位置与已保存的光纤出光端子位置重合为止；

第五步、关闭发射光学***的光源并锁定五维支撑运动部件以确定发射光学***的光轴方向，对发射光学***进行固化。

在装调完光轴之后，可以上传图片和装调数据到智能装调***的数据库，供智能装调***进行学习并优化***，这样结合机器学习算法，可以实现***装调的自动优化，提高装调精度和装调速度。最后关闭控制中心的运动控制软件和图像分析软件，关闭相关设备，拆下已装好的待装调光学***。

综上，本实用新型实施例提供的一种基于干涉条纹的智能光轴装调***，包括：待装调光学***，包括发射光学***、接收光学***和位于接收光学***一侧的光电探测器；支撑工装运动部件，用于固定和微调发射光学***、接收光学***和光电探测器；平行光管，包括离轴抛物面反射镜和位于离轴抛物面反射镜的焦点处的光源模块，用于将焦点处光源模块的点光源准直成平行光入射至接收光学***，以及将发射光学***的光束汇聚至焦点处，以使发射光学***的光轴和接收光学***的光轴相互平行；视觉测量部件，用于采集经接收光学***镜面反射后的光线所产生的干涉条纹，以及拍摄光源模块产生的光斑；运动控制中心，与支撑工装运动部件和视觉测量部件分别电性连接，用于控制支撑工装运动部件和视觉测量部件的正常运行。本实用新型基于平行光管法，可以解决待装调光学***中的发射光学***的光轴与接收光学***的光轴平行性装调问题，具体以接收光学***的光轴为基准，采用接收光学***镜面反射光产生的干涉条纹作为判断接收光学***光轴与平行光管光轴的平行性，调节发射轴的方向，确保发射光学***光轴与平行光管光轴的平行性，进而使发射光学***的光轴与接收光学***的光轴互相平行，并且采用视觉测量部件代替人眼作为判断装调的状态，可以解决人眼观察方法的缺点，提高装调效率，减少人为误差及保证装调一致性，整个***结构紧凑，装调误差小，无需繁琐地外场标定。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的基于干涉条纹的智能光轴装调***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种基于干涉条纹的智能光轴装调***，其特征在于，包括：

待装调光学***，包括发射光学***、接收光学***和位于所述接收光学***一侧的光电探测器；

支撑工装运动部件，用于固定和微调所述发射光学***、所述接收光学***和所述光电探测器；

平行光管，包括离轴抛物面反射镜和位于所述离轴抛物面反射镜的焦点处的光源模块，用于将焦点处所述光源模块的点光源准直成平行光并入射至所述接收光学***，以及将所述发射光学***的光束汇聚至焦点处，以使所述发射光学***的光轴和所述接收光学***的光轴相互平行；

视觉测量部件，用于采集经所述接收光学***镜面反射后的光线所产生的干涉条纹，以及拍摄所述光源模块产生的光斑；

运动控制中心，与所述支撑工装运动部件和所述视觉测量部件分别电性连接，用于控制所述支撑工装运动部件和所述视觉测量部件的正常运行。

2.根据权利要求1所述的智能光轴装调***，其特征在于，所述光源模块包括装掐结构，位于所述装掐结构内部的光纤接口和红外感光材料，与所述光纤接口连接的合束光纤，与所述合束光纤分别连接的He-Ne激光器和测距用红外激光器。

3.根据权利要求2所述的智能光轴装调***，其特征在于，所述光源模块还包括位于所述装掐结构底部的光源支撑运动部件。

4.根据权利要求3所述的智能光轴装调***，其特征在于，所述光纤接口和所述红外感光材料所在平面与所述光源支撑运动部件所在平面互相平行。

5.根据权利要求4所述的智能光轴装调***，其特征在于，所述支撑工装运动部件包括用于固定和微调所述接收光学***的二维旋转支撑运动部件，用于固定和微调所述发射光学***的五维支撑运动部件，以及用于固定和微调所述光电探测器的三维平移支撑运动部件。

6.根据权利要求5所述的智能光轴装调***，其特征在于，所述视觉测量部件包括分光镜，位于所述分光镜上方的第一相机和位于所述分光镜下方的第二相机；其中，

所述分光镜，用于将所述光源模块的He-Ne激光器经所述离轴抛物面反射镜反射的光线进行分光，并将分光后的第一光线入射至所述接收光学***，以及将所述接收光学***镜面反射后的光线再次进行分光，并将分光后的第二光线反射至所述第一相机；

所述第一相机，用于采集所述第二光线所产生的干涉条纹；

所述第二相机，用于拍摄位于焦点处的所述光源模块的光纤出光端子，还用于拍摄位于焦点处的所述光源模块的红外感光材料产生的光斑。

7.根据权利要求6所述的智能光轴装调***，其特征在于，所述分光镜设置在所述离轴抛物面反射镜和所述接收光学***之间；所述第一相机设置在所述待装调光学***的右侧方；所述第二相机设置在所述离轴抛物面反射镜和所述光源模块之间。

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