专利名称：基于焦面扫描的激光测距机发射和接收轴平行性测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于焦面扫描的激光测距机发射和接收轴平行性测量装置，属于光学
测量技术领域。
背景技术：
脉冲激光测距机因其测距速度快、精度高等优点，在军事、民用等领域得到广泛的 应用，其发射轴、接收轴之间的平行性简称收发轴平行性直接影响其测量精度。据了解，目 前测量激光测距机收发轴平行性主要依赖激光测距机的第三轴即瞄准轴作为基准，分别测 量接收轴与瞄准轴的平行性及发射轴与瞄准轴的平行性，然后再比对激光测距机收发轴的 平行性。目前还没有直接测量激光测距机收发轴平行性的装置或方法。测量发射轴与瞄准 轴的平行性方法有图像采集对比法，即在被测激光测距机前方放置CCD探测器件，利用图 像采集卡组成采集系统，对测距机瞄准系统十字分划和激光光斑进行采集，通过图像处理 技术对采集到的图像进行处理，确定激光光斑和十字分划中心坐标，获得被测激光测距机 瞄准轴与发射轴的平行性(基于CCD的激光测距机光轴平行性检测，骆新新，刘炳奇，孙东 平，马建，光电技术应用，2009年，第30巻，第3期)。测量激光测距机瞄准轴与接收轴平 行性的方法有液晶调制法，在平行光管焦面上放置液晶空间光调制器，首先获取测距机瞄 准轴在平行光管焦面上的位置，然后以一定的程序控制调制器每个像素的灰度扫描边界图 形，由激光测距机接收器接收，通过分析测距机测距结果，分析计算得出激光测距机瞄准轴 与接收轴的平行性。(基于液晶调制的激光测距机瞄准与接收轴平行性测量装置，专利申请 号为200810057899. 5)。现有技术存在以下缺点和不足1、没有直接测量激光测距机收发 轴平行性的装置或方法；2、测量激光测距机瞄准轴与接收轴平行性时，默认激光测距机的 瞄准轴与发射轴同轴，仅仅检测激光瞄准轴与发射轴之间的平行性；3、不能够检测没有瞄 准器的激光测距机收发轴平行性。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于焦面扫描的激光测距机收发轴平行性测量装置。该 装置能够在无需瞄准轴的前提下定量地测量出激光测距机收发轴相对偏离量，也就是收发 轴平行性。 本发明提供的基于焦面扫描的激光测距机发射和接收轴平行性测量装置，如图1 所示，由平行光管、红外相机、二维扫描平台、光纤耦合器、光纤和角锥棱镜组成。
其中平行光管采用离轴牛顿式，由壳体a、离轴抛物面主镜、平面反射镜次镜和分 光棱镜组成。其中光纤耦合器由壳体b、耦合物镜和标准FC插口组成。如图2所示，其中二 维扫描平台由标准FC 口 a、连接座、纵向移动部件纵向驱动步进电机、纵向限位开关a、纵向 限位开关b、横向移动部件、横向驱动步进电机、横向限位开关a、横向限位开关b和小孔组 成。标准FC 口 a与横向移动部件连接并从横向移动部件中央穿过，出射端与小孔连接，二 维扫描平台连接座和纵向移动部件采取中空设置，能够让小孔在光纤扫描平台上移动预定的范围而不被其阻挡，并保证小孔始终位于平行光管的焦面上。
测量步骤为首先利用激光测距机发射轴发射激光为光源，标定二维扫描平台3
扫描区域中心与红外相机接收面相对位置，并记录为二维扫描平台相对于红外相机像面的
位置，记为零位，再用待测激光测距机发射端口直接对准平行光管，调整待测激光测距机与
平行光管相对姿态，使待测激光测距机发射轴与二维扫描平台在红外相机上的相对零位对
准，然后利用光纤耦合器和光纤将激光测距机发射端口发射光导引至小孔上，驱动二维扫
描平台带动小孔在平行光管焦面上进行扫描，模拟激光测距机接收轴接收轴外光进行激光
测距机接收端口光轴位置测量，记录接收轴探测到探测测距光信号刚消失时所对应的二维
扫描平台坐标位置，最后通过计算机计算出激光测距机接收轴方位，并与发射轴坐标比较，
得出激光测距机发射和接收轴的相对偏离量。
本发明能够解决的主要技术问题及其积极效果是 1 、能够直接定量地测量出激光测距机收发轴平行性。 2、能够对没有瞄准器的激光测距机进行收发轴平行性测量。 3、测量中无需其他光源作为辅助照明。
图1为基于焦面扫描的激光测距机发射和接收轴平行性测量装置结构示意图及
二维平台行程中心与红外相机零位标定示意图(也作为发明摘要附图)； 图2为二维扫描平台结构示意图； 图3为待检激光测距机与零位对准示意图； 图4为激光测距机收发轴平行性测量示意图； 图中1-平行光管，2-红外相机，3- 二维扫描平台，4-标准FC插口 a， 5_光纤耦合 器，6-标准FC插口 b， 7-光纤，8-壳体a， 9-离轴抛物面主镜，10-平面反射镜次镜，11_分 光棱镜，12-壳体b， 13-光纤耦合物镜，14-待测激光测距机，15-待测激光测距机发射端口， 16-待测激光测距机接收端口 ， 17-待测激光测距机发射轴，18-待测激光测距机接收轴， 19-连接座，20-纵向移动部件，21-纵向驱动步进电机，22-纵向限位开关a， 23-纵向限位 开关b，24-横向移动部件，25-横向驱动步进电机，26-横向限位开关a，27-横向限位开关 b， 28-角锥棱镜，29-光纤断面b， 30-小孔。
具体实施例方式
如图1所示，基于焦面扫描的激光测距机发射与接收轴平行性测量装置由平行光 管1、红外相机2、二维扫描平台3、光纤耦合器5、光纤6和角锥棱镜28组成。
由于激光测距机品牌型号不同，测距激光波长也会不同，为了能够测量不同品牌 不同型号的激光测距机，消除色差带来的检测误差，其中所述的平行光管1采用离轴牛顿 式，由壳体a8、离轴抛物面主镜9、平面反射镜次镜10和分光棱镜11组成。为测得激光测 距机发射轴位置，将平行光管1光路分为两路，分光棱镜11位于平行光管1的焦面之前，所 述的红外相机2位于分光棱镜反射光一侧，红外相机2焦面与平行光管焦面重合。所述的 二维扫描平台3与壳体8连接，标准FC插口 a4与二维扫描平台3连接，小孔30与标准FC 插口连接；
4
其中光纤耦合器5由壳体b 12 、耦合物镜13和标准FC插口 6组成，标准FC插口 6 出射端位于耦合物镜13的焦面上；壳体b12通过螺纹与待测激光测距机发射端15连接；
如图2所示，所述的二维扫描平台3由标准FC 口 a4、连接座19、纵向移动部件20 纵向驱动步进电机21、纵向限位开关a22、纵向限位开关b23、横向移动部件24、横向驱动步 进电机25、横向限位开关a26、横向限位开关b27和小孔30组成，限位开关的设置是为了防 止步进电机移动量超出预定移动范围而对机构造成损坏。标准FC 口 a4与横向移动部件24 连接并从横向移动部件24中央穿过，出射端与小孔30连接，二维扫描平台3连接座19和 纵向移动部件20采取中空设置，能够让小孔30在光纤扫描平台3上移动预定的范围而不 被其阻挡，并保证小孔30始终位于平行光管1的焦面上。
测量过程如下 首先是校准二维扫描平台3行程中心与红外相机2像面坐标的对应关系如图1 所示将光纤7与二维扫描平台和光纤耦合器连接，将光纤耦合器5与待测激光测距机14发 射端15连接，在平行光管1前放置一角锥棱镜28。驱动横向驱动步进电机25和纵向步进 驱动电机21，带动小孔30行至二维扫描平台3横向和纵向的行程中心，然后打开待检激光 测距机14的电源，待检激光测距机14发射端15发出的激光，经光纤7传输至平行光管1 的焦面上，再依次经过分光棱镜11平面反射镜10离轴抛物面主镜9到达角锥棱镜28后原 方向返回至分光棱镜11的反射面后，经反射到达红外相机2的像面。记录此时红外相机2 像面上光点的坐标位置，记为零位； 然后移走角锥棱镜28、取下光纤耦合器5，如图3所示，让待检激光测距机14发射 轴17直接指向平行光管1发光，调整平行光管1和待检激光测距机14的相对姿态使得激 光测距机发射的光束成像在红外相机2像面上与上一步骤标定的零位重合。
接着保持待检激光测距机14与平行光管1相对位置不变，连接光纤耦合器5与待 检激光测距机14的发射端15，驱动二维扫描平台3的横向驱动步进电机25和纵向驱动步 进电机21带动光纤7与小孔30多次扫描整个幅面，记录激光测距机14接收端16接收测 距光信号刚消失的边界点，然后经过计算机将这些点拟合成一个圆并确定其圆心坐标，将 这个坐标与初始标定的零位相减，得出激光测距机接收轴与发射轴的平行性。
权利要求
基于焦面扫描的激光测距机发射和接收轴平行性测量装置，其特征在于其由平行光管1、红外相机2、二维扫描平台3、光纤耦合器5、和光纤7组成；
2. 根据权利要求1所述的激光测距机发射和接收轴平行性测量装置，其特征在于平行光管1由壳体a8、离轴抛物面主镜9、平面反射镜次镜IO和分光棱镜11组成，且分光棱 镜11位于平行光管1的焦面之前；
3. 根据权利要求1所述的激光测距机发射和接收轴平行性测量装置，其特征在于所 述的红外相机2位于分光棱镜11反射光一侧平行光管1焦面上；二维扫描平台3由标准FC 口 a4、连接座19、纵向移动部件20纵向驱动步进电机21、纵向限位开关a22、纵向限位开关 b23、横向移动部件24、横向驱动步进电机25、横向限位开关a26、横向限位开关b27和小孔 30组成，二维扫描平台3与壳体a8连接，标准FC 口 a4与横向移动部件24连接并从横向移 动部件24中央穿过，出射端与小孔30连接，二维扫描平台3连接座19和纵向移动部件20 采取中空设置，能够让小孔30在光纤扫描平台3上移动预定的范围而不被其阻挡，并保证 小孔30始终位于平行光管1的焦面上；
4. 根据权利要求1所述的激光测距机发射和接收轴平行性测量装置，其特征在于所 述的光纤耦合器5由壳体bl2、耦合物镜13和标准FC插口 6组成，标准FC插口 6出射端位 于耦合物镜13的焦面上；壳体bl2通过螺纹与待测激光测距机发射端15连接；
5. 基于焦面扫描的激光测距机发射和接收轴平行性测量方法，其特征在于首先将光 纤7与二维扫描平台和光纤耦合器连接，将光纤耦合器5与待测激光测距机14发射端15 连接，在平行光管1前放置一角锥棱镜28。驱动横向驱动步进电机25和纵向步进驱动电机 21，带动小孔30行至二维扫描平台3横向和纵向的行程中心，打开待检激光测距机14的电 源，待检激光测距机14发射端15发出的激光，经光纤7传输至平行光管1的焦面上，再依 次经过分光棱镜11平面反射镜10离轴抛物面主镜9到达角锥棱镜28后原方向返回至分 光棱镜11的反射面后，经反射到达红外相机2的像面。记录此时红外相机2像面上光点的 坐标位置，记为零位；然后移走角锥棱镜28、取下光纤耦合器5，让待检激光测距机14发射 轴17直接指向平行光管1发光，调整平行光管1和待检激光测距机14的相对姿态，使得激 光测距机发射的光束成像在红外相机2像面上与上一步骤标定的零位重合。接着保持待检 激光测距机14与平行光管1相对位置不变，连接光纤耦合器5与待检激光测距机14的发 射端15，驱动二维扫描平台3的横向驱动步进电机25和纵向驱动步进电机21带动光纤7 与小孔30多次扫描整个幅面，记录激光测距机14接收端16接收测距光信号刚消失的边界 点，然后经过计算机将这些点拟合成一个圆并确定其圆心坐标，将这个坐标与初始标定的 零位相减，得出激光测距机接收轴与发射轴的平行性。
全文摘要
本发明属于光学测量领域，涉及基于焦面扫描的激光测距机发射和接收轴平行性测量装置，由平行光管、红外相机、二维扫描平台、FC插口a、FC插口b、激光光纤耦合器和光纤构成。本发明在测量时，首先校验二维扫描平台中心零位与红外相机像面的相对位置，然后对准激光测距机发射轴与校验零位，最后用光纤将测距机发射轴激光引至平行光管焦面上，通过二维扫描平台进行焦面扫描，记录激光测距机接收信号刚消失的边界点，利用计算机计算拟合激光测距机接收轴轴线位置，并与发射轴轴线位置相减得到激光测距机收发轴的平行性。本发明装置能够在无需瞄准器的情况下直接测量激光测距机收发轴平行性。
文档编号G01B11/27GK101793508SQ20101012979
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者付跃刚, 刘智颖, 张磊, 王加科, 胡源, 高天元 申请人:长春理工大学