专利名称：大跨度高直线度激光表面标线仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光表面标线仪，特别是一种大跨度高直线度激光表面标线仪。
背景技术：
激光标线技术是光学结构光技术的一种。一单模准直激光束经一维扩束产生一扇 形平面光束，一维扩束的棱镜可采用鲍威尔棱镜或拄透镜，该平面光束倾斜投射于待测表 面，交线为一直线。若表面为一理想平面则交线为理想直线，若表面有偏离平面的缺陷如凸 起、下陷、错台或沉降等，则交线很形像而定量地显示其断面形貌。现有的便携式标线仪用于检测小型构件表面的缺陷，也用于检测纺织布面缺陷从 而进行即时质量控制。近年来，标线断面技术已广泛用于公路的路面单车道的车辙断面检 测，但是由于标线长度小于一个车道，不能覆盖一个完整的机场跑道和普通道路的一个完 整车道。并且在线CCD主动照明路病害摄影检测技术采用的阵列带状光照明和红外带状激 光照明，存在因带状光直线度不好而加大宽度最终不得不提高激光总功率。因此一种大跨 度，高直线度，且宽度可调的均勻激光标线是宽视场表面病害检测、平面偏差现场显示与表 面断面层析技术的关键。大跨度，是指形成标线的扇形角大于90度，即距光源二米视距产 生的标线长度大于4米的标线称大跨度标线。直线度是指直线的最大偏差与总线长之比。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽度可调、具有较高的微偏差的分辨能力的大跨度高 直线度激光表面标线仪。实现本发明目的的技术解决方案为一种大跨度高直线度激光表面标线仪，包括 标线产生系统和标线检测系统，标线检测系统包括高分辨率CCD摄像机与计算机；标线产 生系统包括单横模激光器、光束调焦准直透镜组和一维扩束镜，上述光学器件共机械轴与 共光轴；光束调焦准直透镜组位于单横模激光器的前方，一维扩束镜位于光束调焦准直透 镜组的前方并设置在二维平滑微调架上。光束调焦准直透镜组包括两个透镜，这两个透镜 间距可调。本发明与现有技术相比，其显著优点1)本发明仪器产生的扇形平面光束和待测 平面相交可得到长度在8米以上、直线度达万分之一的标线，且标线宽度可调，具有较高的 平面微偏差的分辨能力；2)本发明可用于任何平面表面的平面度显示与定量测量，如大面 积的厅堂，广场，机场路面，公路和大面积墙面等表面；可用于检测平面度偏差和三维形貌； 3)本发明的仪器置于载体车上则可对路面病害形貌、大跨度路面车辙与三维变形进行检 测，对局域表面的检测精度可达0. 1毫米，大面积动态检测精度可达0. 5毫米；4)解决了现 有技术产生较长的标线直线度较差，从而严重影响平面偏差测量精度的问题。下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的大跨度高直线度激光表面标线仪的原理图。图2是本发明的串联拄镜式大跨度高直线度激光表面标线仪示意图。图3是本发明的并联棱镜式大跨度高直线度激光表面标线仪示意图。
具体实施例方式结合图1，本发明的一种大跨度高直线度激光表面标线仪，包括标线产生系统和标 线检测系统，标线检测系统包括高分辨率CXD摄像机6与计算机7，用于连续记录、定量分 析与检测表面的状况；标线产生系统包括单横模激光器1、光束调焦准直透镜组2和一维扩 束镜3，上述光学器件共机械轴与共光轴；光束调焦准直透镜组2位于单横模激光器1的前 方，一维扩束镜3位于光束调焦准直透镜组2的前方并设置在二维平滑微调架4上。标线 产生系统产生一个扇形平面光束，倾斜投射到待检的平面上，则得到一宽度可调的均勻激 光照明带，其交线形象的显示了平面的缺陷，标线检测系统检测到激光照明带，从而能够很 好的检测平面的病害形貌与变形缺陷。上述光束调焦准直透镜组2包括两个透镜，这两个透镜间距可调。两间距可调的 透镜保证输出准直光束可于任何测量距离聚焦，在目标位置得到充分细的线宽。本发明的大跨度高直线度激光表面标线仪有两种不同的实现方式，一种是串联拄 镜式另一种是并联棱镜式。结合图2，本发明的串联拄镜式大跨度高直线度激光表面标线仪还包括一个预处 理前镜10，该预处理前镜10位于光束调焦准直透镜组2与一维扩束镜3之间，并与二者共 机械轴共光轴；一维扩束镜3为一个拄透镜11，该拄透镜11与预处理前镜10间距可调。拄 透镜11夹置在二维平滑微调架4上，可通过二维平滑微调架精确调整光轴，以得到充分长 的高直线度标线5。结合图3，本发明的并联棱镜式大跨度高直线度激光表面标线仪的一维扩束镜3 为一个鲍威尔棱镜16，该棱镜设置在二维平滑微调架4上，从而保证扩束镜光轴与光束共 轴且可微调，以得到高直线度的标线。在使用的时候还可以将多套棱镜相互并联，从而形成 大跨度的标线5。下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述实施例1本发明的大跨度高直线度激光表面标线仪采用功率为1瓦单横模532nm激光器， 光束调焦准直透镜组2由焦距为10毫米的两透镜组成，高分辨率CXD摄像机为2048面阵 (XD，预处理前镜10位于光束调焦准直透镜组2与一维扩束镜3之间，并与二者共机械轴共 光轴；一维扩束镜3为一个拄透镜11，拄透镜11与预处理前镜10间距为10 15mm并且 可调。预处理前镜10与拄透镜11直径都为5毫米。预处理前镜10先将光线进行扩束，拄 透镜11使光束进一步一维扩束从而得到大跨度高直线度激光标线。上述装置安装于载体车上成为对各种表面如机场，公路路面进行平面偏差，变形 与路面断面三维层析的设备。该装置产生的扇形平面光束和待测平面相交可得到长度在8 米以上、直线度达万分之一的标线。实施例2
在同一基板上，并排置多台独立可调的棱镜扩束激光标线单元，每个扩束激光标 线单元采用功率为1瓦单横模532nm激光器，光束调焦准直透镜组2由焦距为5毫米的两 透镜组成，高分辨率CXD摄像机为2048面阵(XD，一维扩束镜3为一个鲍威尔棱镜16，该棱 镜设置在二维平滑微调架4上。鲍威尔棱镜16角取85度。激光器发出的光线经过光束调 焦准直透镜组2后再经鲍威尔棱镜形成平面扇形光束。光束调焦准直透镜组2可以调节激 光束焦点位置。光线倾斜横切照明路面，则得到一宽度可调的均勻激光照明带，探测系统采用高 分辨的面阵CXD和计算机，连续记录与定量分析与检测表面状况。该装置安装于载体车上 则成为对路面病害图像进行高分辨线扫描摄像检测仪。该装置产生的扇形平面光束和待测 平面相交可得到长度在8米以上、直线度达万分之一的标线。
权利要求
一种大跨度高直线度激光表面标线仪，包括标线产生系统和标线检测系统，标线检测系统包括高分辨率CCD摄像机[6]与计算机[7]；其特征在于，标线产生系统包括单横模激光器[1]、光束调焦准直透镜组[2]和一维扩束镜[3]，上述光学器件共机械轴与共光轴；光束调焦准直透镜组[2]位于单横模激光器[1]的前方，一维扩束镜[3]位于光束调焦准直透镜组[2]的前方并设置在二维平滑微调架[4]上。
2.根据权利要求1所述的大跨度高直线度激光表面标线仪，其特征在于，光束调焦准 直透镜组[2]包括两个透镜，这两个透镜间距可调。
3.根据权利要求1或2所述的大跨度高直线度激光表面标线仪，其特征在于，标线产 生系统还包括一个预处理前镜[10]，该预处理前镜[10]位于光束调焦准直透镜组[2]与一 维扩束镜[3]之间，并与二者共机械轴共光轴；一维扩束镜[3]为一个拄透镜[11]，拄透镜 [11]与预处理前镜[10]间距可调。
4.根据权利要求1或2所述的大跨度高直线度激光表面标线仪，其特征在于，一维扩束 镜[3]为一个鲍威尔棱镜[16]。
全文摘要
本发明公开了一种大跨度高直线度激光表面标线仪，包括标线产生系统和标线检测系统，标线检测系统包括高分辨率CCD摄像机与计算机；标线产生系统包括单横模激光器、光束调焦准直透镜组和一维扩束镜，上述光学器件共机械轴与共光轴；光束调焦准直透镜组位于单横模激光器的前方，一维扩束镜位于光束调焦准直透镜组的前方并设置在二维平滑微调架上。本发明的仪器产生的扇形平面光束和待测平面相交可得到长度在8米以上、直线度达万分之一的标线，且标线宽度可调，具有较高的平面微偏差的分辨能力。可用于任何平面表面的平面度显示与定量测量，如大面积的厅堂，广场，机场路面，公路和大面积墙面等表面。
文档编号G01B11/30GK101936732SQ20091003193
公开日2011年1月5日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者宋暘, 王娟, 贺安之 申请人:南京理工大学