基于圆锥离轴反射的激光标线装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于圆锥离轴反射的激光标线装置，应用于工业测量技术领域。【背景技术】
[0002] 在建筑工程领域和机器视觉领域中，经常会需要对目标物投射出一字线或十字线 激光来作为施工和标定的参考线。
[0003]为了能在目标物上投射出一字线，通常是在雷射模块前方设置圆柱镜片，激光经 过圆柱镜片的折射，来将雷射模块所产生的平行激光束展开为所需的扇形光面，投射到目 标物上形成一字线激光，此种方式获得的一字线边缘光强很弱，且对加工和装配精度要求 很高。
[0004]另一种方法是电机带动反射镜旋转的方式生成线激光，这种方法利用旋转的平行 激光束投射在目标物上的视觉暂留，在目标上产生一字线，这种方法是全反射的方式形成 线激光，对电机的旋转轴和轴承的加工精度要求非常高，否则会造成一字线激光在目标物 上的晃动。
[0005] 中国台湾专利公告为第504076号，名称为"光源模组装置"，该装置利用圆锥状反 射镜，将雷射模块所产生的平行激光束展开为360°的环形光面，进而在目标物上产生一字 线激光的装置。该方式使得激光能量利用率低，所得到的一字线激光的亮度相对低，圆锥状 反射镜的角锥角度的加工精度要求高。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决现有技术中激光能量利用率低，获得一字线激光的亮度相对低的 问题，提供一种基于圆锥离轴反射的激光标线装置，该装置利用部分圆锥反射镜的光源模 组装置获得一字线激光，可实现线宽的控制，并保证一字线激光的能量稳定。
[0007] 本发明解决技术问题的方案是：
[0008] 基于圆锥离轴反射的激光标线装置，包括光源发射器、本体、激光聚焦扩束单元和 折光结构，其特征是，
[0009] 光源发射器，其设置在本体的一端且嵌入到本体内；
[0010] 本体，是中空的圆柱体结构；
[0011] 激光聚焦扩束单元，其与光源发射器同轴设置在本体内，且与本体的另一端固定 连接；
[0012] 折光结构，其与激光聚焦扩束单元连接；
[0013] 光源发射器发射出的发散光经过激光聚焦扩束单元后会聚，会聚光束射向折光结 构，光束经过折光结构在物面上形成一字线激光。
[0014] 所述激光聚焦扩束单元具有两组双胶合镜组后组透镜和前组透镜，后组透镜通过 压圈固定在外筒后端；前组透镜与后组透镜同轴放置，由压圈固定在前组镜筒内；
[0015]前组镜筒为一三爪螺纹结构，与外筒同轴配合，外筒前部设有三个槽口作为前组 镜筒三爪结构的导轨，前组镜筒的三爪结构与手轮机构螺纹配合；
[0016] 背帽与外筒螺纹配合，手轮机构由外筒和背帽限位，转动手轮机构带动前组镜筒 沿光轴前后移动，从而达到聚焦的作用；
[0017] 隔圈与光轴同轴放置在背帽与外筒之间，用于对前组镜筒的限位。
[0018] 后组透镜焦距为25mm，前组透镜焦距为100mm。
[0019] 所述折光结构的外筒与背帽同轴螺纹配合，且该折光结构设有横置的部分圆锥 体，部分圆锥体的中心轴线与所述激光聚焦扩束单元的光轴共面且垂直，部分圆锥体底面 固定在圆锥底座上，圆锥底座通过螺钉与外筒固定。
[0020] 本发明的有益效果为：该装置通过部分圆锥离轴反射获得一定发散角的一字线激 光，大大提高激光能量利用率、亮度，且通过设置聚焦扩束系统，保证离轴反射线宽可调，该 装置相较于圆柱镜式装置，获得的一字线光斑均匀，稳定性好，且装调难度低，系统结构简 单易于实现。在工业测量等工程应用时，与同轴反射成360°环形光面相比，该装置能保证 光源发射器的能量利用最大化。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明基于圆锥离轴反射的激光标线装置的剖面示意图。
[0022] 图2是本发明基于圆锥离轴反射的激光标线装置的结构爆炸图。
[0023]图3是本发明基于圆锥离轴反射的激光标线装置光路示意图。
[0024]图4是本发明基于圆锥离轴反射的激光标线装置原理示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0026] 如图1-2所示，基于圆锥离轴反射的激光标线装置，包括光源发射器1、本体2、激 光聚焦扩束单元3和折光结构4。
[0027] 光源发射器1设置在本体2的一端且嵌入到本体2内。本体2是中空的圆柱体结 构。激光聚焦扩束单元3与光源发射器1同轴设置在本体2内，且与本体2的另一端螺纹 配合。折光结构4与激光聚焦扩束单元3螺纹配合。
[0028] 激光聚焦扩束单元3具有两组双胶合镜组后组透镜3-2和前组透镜3-5,后组透镜 3- 2焦距为25mm，后组透镜3-2通过压圈3-1固定在外筒3-3后端。前组透镜3-5焦距为 100_，前组透镜3-5与后组透镜3-2同轴放置，由压圈3-4固定在前组镜筒3-6内。前组 镜筒3-6为一三爪螺纹结构，与外筒3-3同轴配合，外筒3-3前部设有三个槽口作为前组镜 筒3-6三爪结构的导轨，前组镜筒3-6的三爪结构与手轮机构3-7螺纹配合。背帽3-9与 外筒3-3螺纹配合，手轮机构3-7由外筒3-3和背帽3-9限位，转动手轮机构3-7带动前组 镜筒3-6沿光轴前后移动，从而达到聚焦的作用。隔圈3-8与光轴同轴放置在背帽3-9与 外筒3-3之间，用于对前组镜筒3-6的限位。该折光结构4的外筒4-1与背帽3-9同轴螺 纹配合，且该折光结构4设有横置的部分圆锥体4-2,部分圆锥体4-2的中心轴线与该激光 聚焦扩束单元3的光轴共面且垂直，部分圆锥体4-2底面胶粘在圆锥底座4-3上，圆锥底座 4- 3通过螺钉与外筒4-1固定。
[0029] 如图3所示，光源发射器1发射出的发散光依次经过后组透镜3-2和前组透镜3-5 后会聚，会聚光束射向部分圆锥体4-2的圆锥面反射，该圆锥面将光束反射出与之相垂直 的反射光束，发散成为扇形的光平面，在物面上形成一字线激光。
[0030] 如图4所示，本发明利用离轴反射原理，将圆形光斑反射在像面上形成椭圆光斑， 通过手轮机构3-7改变激光光源的会聚角，使光束聚焦，减少椭圆光斑短轴的宽度，形成一 字线激光，形成的线激光能量均匀稳定。线激光的长度的关系式如下：
[0031]
[0032] 其中，R为光斑中心所在圆锥横截面半径；r为激光光斑半径；L为待测物体到部分 圆锥体4-2的距离；d为线激光长度。
[0033] 根据上式及实际测量时所需线激光长度d确定部分圆锥体4-2的外形尺寸。
【主权项】
1. 基于圆锥离轴反射的激光标线装置，包括光源发射器（1)、本体（2)、激光聚焦扩束 单元（3)和折光结构（4)，其特征是， 光源发射器（1)，其设置在本体（2)的一端且嵌入到本体（2)内； 本体（2)，是中空的圆柱体结构； 激光聚焦扩束单元（3)，其与光源发射器（1)同轴设置在本体（2)内，且与本体（2)的 另一端固定连接； 折光结构（4)，其与激光聚焦扩束单元（3)连接； 光源发射器（1)发射出的发散光经过激光聚焦扩束单元（3)后会聚，会聚光束射向折 光结构（4)，光束经过折光结构（4)在物面上形成一字线激光。2. 根据权利要求1所述的基于圆锥离轴反射的激光标线装置，其特征是，所述激光聚 焦扩束单元（3)具有两组双胶合镜组后组透镜（3-2)和前组透镜（3-5)，后组透镜（3-2)通 过压圈（3-1)固定在外筒（3-3)后端；前组透镜（3-5)与后组透镜（3-2)同轴放置，由压圈 (3-4)固定在前组镜筒（3-6)内； 前组镜筒（3-6)为一三爪螺纹结构，与外筒（3-3)同轴配合，外筒（3-3)前部设有三个 槽口作为前组镜筒（3-6)三爪结构的导轨，前组镜筒（3-6)的三爪结构与手轮机构（3-7) 螺纹配合； 背帽（3-9)与外筒（3-3)螺纹配合，手轮机构（3-7)由外筒（3-3)和背帽（3-9)限位， 转动手轮机构（3-7)带动前组镜筒（3-6)沿光轴前后移动，从而达到聚焦的作用； 隔圈（3-8)与光轴同轴放置在背帽（3-9)与外筒（3-3)之间，用于对前组镜筒（3-6) 的限位。3. 根据权利要求2所述的基于圆锥离轴反射的激光标线装置，其特征是，后组透镜 (3-2)焦距为25mm，前组透镜（3-5)焦距为100mm。4. 根据权利要求2所述的基于圆锥离轴反射的激光标线装置，其特征是，所述折光结 构（4)的外筒（4-1)与背帽（3-9)同轴螺纹配合，且该折光结构（4)设有横置的部分圆锥 体（4-2)，部分圆锥体（4-2)的中心轴线与所述激光聚焦扩束单元（3)的光轴共面且垂直， 部分圆锥体（4-2)底面固定在圆锥底座（4-3)上，圆锥底座（4-3)通过螺钉与外筒（4-1) 固定。
【专利摘要】基于圆锥离轴反射的激光标线装置，应用于工业测量技术领域，为了解决现有技术中激光能量利用率低，获得一字线激光的亮度相对低的问题，该装置：光源发射器，其设置在本体的一端且嵌入到本体内；本体，是中空的圆柱体结构；激光聚焦扩束单元，其与光源发射器同轴设置在本体内，且与本体的另一端固定连接；折光结构，其与激光聚焦扩束单元连接；光源发射器发射出的发散光经过激光聚焦扩束单元后会聚，会聚光束射向折光结构，光束经过折光结构在物面上形成一字线激光；获得的一字线光斑均匀，稳定性好，装调难度低，系统结构简单易于实现；在工业测量等工程应用时，与同轴反射成360°环形光面相比，该装置能保证光源发射器的能量利用最大化。
【IPC分类】G02B27/09, G01C15/00
【公开号】CN105371830
【申请号】CN201510884239
【发明人】莫时骏, 列剑平, 王加科, 刘桂梅, 贺文俊, 刘赫, 岳品良, 付跃刚
【申请人】长春理工大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年12月7日