一种双光轴系统的光轴平行性调校装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种双光轴系统的光轴平行性调校装置，包括两片大小相同、相互垂直的反射镜和相关支撑结构。支撑结构包括两个金属支撑臂、底板、转轴、支撑杆和底座。在光轴平行性调校过程中，首先通过其中一个光学系统入射一束指示光，调节指入射角度使指示光垂直反射，此时指示光的光轴与反射面垂直。再将装置沿着垂直于底板的旋转轴旋转一定角度，使指示光在两片反射镜上依次反射，根据几何光学原理，经过两次反射的指示光会平行地反射回来，在另一光学系统后安装一块带有十字叉的光屏，调节该系统的光轴方向使反射回来的指示光进入该系统照射在光屏上并与十字叉的中心重合，此时两个光学系统的光轴方向已调至平行。
【专利说明】一种双光轴系统的光轴平行性调校装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于双光轴光学领域，更具体地，涉及一种双光轴系统的光轴平行性调校 装置及方法。
【背景技术】
[0002] 光轴的平行度是具有双光轴光学系统的精密激光加工设备的一个重要参数。在具 备视频监测系统和激光测距模块的激光加工系统中，视频监测系统的视轴、测距模块的光 轴与激光发射光轴的平行度是保证主激光束沿着跟踪测量轴精确作用到加工目标上的关 键，是设计、加工、装调以及使用中必须优先保证的。在设备出厂前，要在装调车间对其进行 精密装调和检测，使光轴平行度误差控制在加工精度允许的范围内。但当设备出厂后，移动 和长期使用等都会造成光机零件位置的相对移动，使光轴平行度偏离正常的技术指标，所 以实现出厂后以及外场工作前的快速检测是非常必要的。
[0003] 目前业界常用的光轴平行度调校方法主要是大口径平行光管法，这种方法误差环 节少、调校精度高，被广泛地用于大型光电设备的光轴平行度检测，但大口径平行光管成本 高、不易制作且笨重，不可能运到外场，只能局限于室内使用。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种双光轴系统的光轴平行性调校装置，其 目的在于针对大口径平行光管在外场使用的局限性，为精密激光加工系统的光路调校提供 一种简易、低成本的辅助装调装置。
[0005] 本发明提供了一种双光轴系统的光轴平行性调校装置，包括支撑结构、第一反射 镜和第二反射镜；所述支撑结构包括支撑臂、底板、转轴、支撑杆和底座；所述第一反射镜 与所述第二反射镜均紧密贴合在所述支撑臂上，所述第一反射镜与所述第二反射镜相互垂 直设置，且均与所述底板垂直；所述支撑杆的一端连接转轴，另一端连接底座。
[0006] 更进一步地，还包括安装在第一光学系统中的指示光源和安装在第二光学系统中 的带有十字叉的光屏。
[0007] 更进一步地，工作时，调整所述光轴平行性调校装置的高度使得所述指示光源的 光照射到所述光轴平行性调校装置中的第一反射镜或第二反射镜的中央位置；调节第一光 学系统的光轴方向使得反射光线与入射光线重合；将所述光轴平行性调校装置沿着转轴向 第二反射镜或第一反射镜的方向旋转一定角度，使得指示光源的光在两个相互垂直的反射 面上依次发生反射，两次反射过程中的反射光线与入射光线均在同一平面内，第二次反射 的光线与初始入射光线平行；调节第二光学系统的光轴方向，使得反射光线照射到光屏的 十字叉的中心；所述第二光学系统与反射光线同轴，且与入射光线平行；由于入射光线与 第一个光学系统同轴，所以第一光学系统的光轴与所述第二光学系统的光轴相互平行。
[0008] 更进一步地，所述第一反射镜和第二反射镜为尺寸相等的矩形结构。
[0009] 更进一步地，所述支撑臂为金属支撑臂，金属支撑臂通过螺钉与底板连接，支撑臂 的左右两支以及底板两两垂直。
[0010] 更进一步地，所述转轴安装在所述底板的中央位置，且与所述底板垂直，并通过螺 纹与支撑杆的一端连接。
[0011] 更进一步地，所述支撑杆的另一端固定在所述底座上，所述底座上有四个M5螺纹 孔，用于与光学桌固定连接。
[0012] 本发明还提供了一种基于上述的光轴平行性调校装置的调教方法，包括下述步 骤：
[0013] (1)在第一光学系统中安装指示光源，并通过调整使得所述第一光学系统的光轴 与所述指示光源的光轴同轴；在第二光学系统中安装带有十字叉的光屏，并通过调整使得 所述光屏垂直于所述第二光学系统的光轴，且十字叉的中心在所述第二光学系统的光轴 上；
[0014] (2)通过调整所述光轴平行性调校装置的高度使得所述指示光源的光照射到所述 光轴平行性调校装置中的第一反射镜或第二反射镜的中央位置；
[0015] (3)通过调节第一光学系统的光轴方向使得反射光线与入射光线重合；
[0016] (4)将所述光轴平行性调校装置沿着转轴向第二反射镜或第一反射镜的方向旋转 一定角度，使得指示光源的光在两个相互垂直的反射面上依次发生反射，两次反射过程中 的反射光线与入射光线均在同一平面内，第二次反射的光线与初始入射光线平行；
[0017] (5)通过调节第二光学系统的光轴方向，使得反射光线照射到光屏的十字叉的中 心；所述第二光学系统与反射光线同轴，且与入射光线平行；由于入射光线与第一个光学 系统同轴，所以第一光学系统的光轴与所述第二光学系统的光轴相互平行。
[0018] 更进一步地，所述第一光学系统的光轴与所述第二光学系统的光轴之间的间距小 于等于所述光轴平行性调校装置的口径。
[0019] 更进一步地，所述光轴平行性调校装置的口径为第一反射镜的镜片长度的万倍。
[0020] 本发明结构简单、紧凑，重量轻，制造、维护成本低，既能够在实验室使用，也能适 应户外环境。在使用方法上，大口径平行光管调教的精确度往往与使用者的经验、技术水平 有关，而本发明的使用方法简单、明确，对操作者的专业技术要求相对较低。因此，本发明能 够为精密激光加工系统的光路调校提供一种简易、低成本的辅助装调解决方案，具有显著 的经济效益和社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是本发明实施例提供的双光轴系统的光轴平行性调校装置的结构示意图：
[0022] 图2是本发明实施例提供的双光轴系统的光轴平行性调校装置的结构俯视图；
[0023] 在图1中，1为支撑臂,2为第一反射镜,3为第二反射镜,4为底板,5为转轴,6为 支撑杆，7为底座；
[0024] 在图2中，1为支撑臂2为第一反射镜3为第二反射镜4为底板5为转轴8为 第一光学系统9为第二光学系统10为指不光源11为光屏。
【具体实施方式】
[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0026] 本发明实施例为双光轴光学系统的光轴平行性调校提供一种简便、快速的调教方 法。是激光行业中进行光路调校的简易、低成本的辅助装调工具。
[0027] 本发明提供的双光轴系统的光轴平行性调校装置，是一种结构简单、使用方便的 光轴平行性调校装置；包括两片相互垂直的反射镜和相关支撑结构，两片反射镜具有相同 的结构尺寸，通过镀增反膜处理，在可见光和近红外波段具有较高的反射率。镜片紧密的贴 合在金属支撑臂上，保持两个反射面的方向相互垂直，同时与底板保持垂直。
[0028] 支撑结构包括支撑臂1、底板4、转轴5、支撑杆6和底座7,支撑臂、底板和底座为 铝合金材质，转轴和支撑杆为不锈钢材质。各个结构件通过精密加工来保证支撑臂的左右 两支以及底板的两两垂直，底座上有四个M5螺纹孔，能够方便地安装在光学桌上。
[0029] 在光路调校过程中，还需要借助一个方便观察的指示光源10(如氦氖激光管或半 导体激光笔等）和一个带有十字叉的光屏11。指示光源10安装在待调校的第一光学系统 8中，以指不光的光轴代表该系统的光轴，光屏11安装在第二光学系统9中，垂直于光轴方 向，且十字叉的中心在光轴上。光路调校时，先发出一束指示光照射到调校装置的第一反射 镜2的反射面上，观察反射光线的方向，调节指示光的入射方向使反射光线与入射光线重 合，此时指示光光轴与第一反射镜2的反射面垂直，与底板4所在平面平行。然后将调校装 置旋转一定角度，使指示光依次在两个相互垂直的反射面上发生反射，根据几何光学原理， 此时反射光线与入射光线平行且分开一定的距离。调节第二光学系统9的光轴方向使反射 光线通过第二光学系统9照射到光屏11上，直至光斑落在十字叉的中心位置，此时第二光 学系统9的光轴与反射光线同轴，而反射光线与入射光线平行，入射光线与第一光学系统8 同轴，所以第二光学系统9光轴与第一光学系统8的光轴平行。
[0030] 本发明涉及的双光路平行性调校系统与业界常用大口平行光管相比具有诸多优 势。大口径平行光管体积大，结构复杂，一般都在实验室内使用，而且其内部的物镜或非球 面反射镜的制造维护成本都较高。而本发明涉及的装置结构简单、紧凑，重量轻，制造、维护 成本低，既能够在实验室使用，也能适应户外环境。在使用方法上，大口径平行光管调教的 精确度往往与使用者的经验、技术水平有关，而本发明设计的装置的使用方法简单、明确， 对操作者的专业技术要求相对较低。因此，本发明能够为精密激光加工系统的光路调校提 供一种简易、低成本的辅助装调解决方案，具有显著的经济效益和社会效益。
[0031] 以下结合图1和图2及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。
[0032] (1)首先选定两个需要将光轴调至平行的光学系统，这两个系统的光轴之间的间 距不超过调校装置的口径，在其中第一光学系统8内安装指示光源10,保持系统光轴与指 示光同轴。在第二光学系统9内安装带有十字叉的光屏11，并使光屏11垂直于第二光学系 统9的光轴，十字叉的中心在光轴上。
[0033] (2)将调校装置安装在光学桌或升降台上，调整装置的高度使指示光照射到第一 反射镜2的中央位置。
[0034] (3)调节第一光学系统8的光轴方向（即指示光的入射方向），观察反射回来的光 斑位置，直至反射光线与入射光线重合。根据几何光学原理，此时指示光垂直于第一反射镜 2的反射面，即第一光学系统8的光轴垂直于第一反射镜2的反射面，平行于底板4所在平 面。
[0035] (4)将调校装置沿着转轴向另一个第二反射镜3的反射面的方向旋转一定角度， 使指示光在两个相互垂直的反射面上依次发生反射，根据几何光学原理，两次反射过程中 的反射光线与入射光线均在同一平面内，第二次反射的光线与初始入射光线平行。调节第 二光学系统9的光轴方向，使反射光线通过第二光学系统9照射到光屏11上，继续微调方 向使反射光线照射到十字叉的中心。此时第二光学系统9与反射光线同轴，与入射光线平 行。由于入射光线与第一光学系统8同轴，所以两个光学系统的光轴相互平行。
[0036] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种双光轴系统的光轴平行性调校装置，其特征在于，包括支撑结构、第一反射镜 (2)和第二反射镜（3);所述支撑结构包括支撑臂（1)、底板（4)、转轴（5)、支撑杆（6)和底 座（7);所述第一反射镜（2)与所述第二反射镜（3)均紧密贴合在所述支撑臂（1)上，所述 第一反射镜（2)与所述第二反射镜（3)相互垂直设置，且均与所述底板（4)垂直；所述支撑 杆（6)的一端连接转轴（5)，另一端连接底座（7)。
2. 如权利要求1所述的光轴平行性调校装置，其特征在于，还包括安装在第一光学系 统中的指示光源和安装在第二光学系统中的带有十字叉的光屏。
3. 如权利要求2所述的光轴平行性调校装置，其特征在于，工作时，调整所述光轴平 行性调校装置的高度使得所述指示光源的光照射到所述光轴平行性调校装置中的第一反 射镜或第二反射镜的中央位置；调节第一光学系统的光轴方向使得反射光线与入射光线重 合；将所述光轴平行性调校装置沿着转轴向第二反射镜或第一反射镜的方向旋转一定角 度，使得指示光源的光在两个相互垂直的反射面上依次发生反射，两次反射过程中的反射 光线与入射光线均在同一平面内，第二次反射的光线与初始入射光线平行；调节第二光学 系统的光轴方向，使得反射光线照射到光屏的十字叉的中心；所述第二光学系统与反射光 线同轴，且与入射光线平行；由于入射光线与第一个光学系统同轴，所以第一光学系统的光 轴与所述第二光学系统的光轴相互平行。
4. 如权利要求1所述的光轴平行性调校装置，其特征在于，所述第一反射镜（2)和第二 反射镜（3)为尺寸相等的矩形结构。
5. 如权利要求1所述的光轴平行性调校装置，其特征在于，所述支撑臂（1)为金属支撑 臂，金属支撑臂通过螺钉与底板连接，支撑臂的左右两支以及底板两两垂直。
6. 如权利要求1所述的光轴平行性调校装置，其特征在于，所述转轴（5)安装在所述底 板（4)的中央位置，且与所述底板（4)垂直，并通过螺纹与支撑杆（6)的一端连接。
7. 如权利要求1所述的光轴平行性调校装置，其特征在于，所述支撑杆（6)的另一端固 定在所述底座（7)上，所述底座（7)上有四个M5螺纹孔，用于与光学桌固定连接。
8. -种基于权利要求1-7任一项所述的光轴平行性调校装置的调教方法，其特征在 于，包括下述步骤： (1) 在第一光学系统中安装指示光源，并通过调整使得所述第一光学系统的光轴与所 述指示光源的光轴同轴；在第二光学系统中安装带有十字叉的光屏，并通过调整使得所述 光屏垂直于所述第二光学系统的光轴，且十字叉的中心在所述第二光学系统的光轴上； (2) 通过调整所述光轴平行性调校装置的高度使得所述指示光源的光照射到所述光轴 平行性调校装置中的第一反射镜或第二反射镜的中央位置； (3) 通过调节第一光学系统的光轴方向使得反射光线与入射光线重合； (4) 将所述光轴平行性调校装置沿着转轴向第二反射镜或第一反射镜的方向旋转一定 角度，使得指示光源的光在两个相互垂直的反射面上依次发生反射，两次反射过程中的反 射光线与入射光线均在同一平面内，第二次反射的光线与初始入射光线平行； (5) 通过调节第二光学系统的光轴方向，使得反射光线照射到光屏的十字叉的中心； 所述第二光学系统与反射光线同轴，且与入射光线平行；由于入射光线与第一个光学系统 同轴，所以第一光学系统的光轴与所述第二光学系统的光轴相互平行。
9. 如权利要求8所述的调教方法，其特征在于，所述第一光学系统的光轴与所述第二 光学系统的光轴之间的间距小于等于所述光轴平行性调校装置的口径。
10.如权利要求8或9所述的调教方法，其特征在于，所述光轴平行性调校装置的口径 为第一反射镜的镜片长度的力倍。
【文档编号】G01B11/26GK104406543SQ201410665912
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】张庸, 左强, 于海涛, 姚晓峰, 魏小彪 申请人:湖北三江航天红峰控制有限公司