一种激光分系统综合测试设备的制作方法

本发明涉及光学测试技术领域，特别涉及一种激光分系统综合测试设备。

背景技术：

在激光照射瞄准等激光器组件生产中,需要对组件的相关性能参数，包括激光器光束本身的性能特性，如光束的发散角能量和脉宽等激光光轴与发射天线光轴的同轴度，以及安装基准的偏差、发射光轴与接收光轴的同轴度等进行测试，便于激光器组件的辅助装配同时还需要离线对组件的整体性能进行测试，而现有的激光参数检测仪是针对各参数独立测量，没有一个综合的激光参数功能测试平台，不仅测量的精度和效率低，而且测量参数不齐全，这些因素已成为制约激光产品研制激光瞄准系统性能提高的颈瓶，因此需研制高精度技术指标及要求的综合检测系统。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于光电测量的焊接辅助定位仪。

具体技术方案如下：

一种激光分系统综合测试设备，包括控制柜、操作显示平台、功率测量装置和光学平台，所述控制柜、操作显示平台、功率测量装置均设置在光学平台上表面，所述功率测量装置和操作显示平台平行设置在控制柜的一侧，所述控制柜内部依次设置有大口径离轴抛物面反射式平行光管、模拟测程装置和光轴精度测量装置，所述大口径平行光管的光束出射平行性≤5″，有效光学口径为φ300mm。

优选的，所述大口径离轴抛物面反射式平行光管为全波段平行光管，包括依次设置的离轴抛物面反射镜、折光反射镜和目标靶。

优选的，还包括靶切换导轨，所述靶切换导轨与目标靶相连，所述靶切换导轨包括二维伺服导轨和依次设置在二维伺服导轨上方的寻像指示激光、1064nm模拟激光点光源、带照明可见自准直分划板和激光靶。

优选的，所述离轴抛物面反射镜的外形尺寸为φ320mmx45mm(等厚)，母抛物面焦距为2500mm±5％，面形误差为rms≤1/20λλ＝0.6328μm)，表面镀膜反射率≥90％(工作波段)。

优选的，所述模拟测程装置包括光学陷阱、光电探测器、高速触发器、精密延时器、1064nm模拟激光光源和平行光管，所述光学陷阱用于收集来自产品发射的激光，所述探测器设置在光学陷阱内，所述高速触发器、精密延时器和1064nm模拟激光光源依次相连。

优选的，所述功率测量装置包括聚焦光学镜头、光阑、反射镜组、功率计、外壳和移动导轨，所述外壳设置在移动导轨上，所述外壳的一侧设置有开口，所述聚焦光学镜头设置在开口处，所述光阑设置在聚焦光学镜头外部，所述反射镜组合功率计相对设置在外壳内部。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明提供了一种激光分系统综合测试设备，包括控制柜、操作显示平台、功率测量装置和光学平台，控制柜内部依次设置有大口径离轴抛物面反射式平行光管、模拟测程装置和光轴精度测量装置，本发明解决了激光测试设备功能单一、检测精度低的问题，优化了测试光路，降低测试设备的数量和成本，提高了性价比。

附图说明

图1为本发明一种激光分系统综合测试设备的系统框图；

图2为本发明一种激光分系统综合测试设备的正视图；

图3为本发明一种激光分系统综合测试设备的侧视图；

图4为本发明一种激光分系统综合测试设备中大口径离轴抛物面反射式平行光管的结构示意图；

图5为本发明一种激光分系统综合测试设备中靶切换导轨的结构示意图；

图6为本发明一种激光分系统综合测试设备中测程模拟装置的工作原理图；

图7为本发明一种激光分系统综合测试设备中测程模拟装置的结构示意图；

图8为本发明一种激光分系统综合测试设备中模拟激光光源的组成框图；

图9为本发明一种激光分系统综合测试设备中精密延时器的原理框图；

图10为本发明一种激光分系统综合测试设备中光轴校正装置的工作原理图；

图11为本发明一种激光分系统综合测试设备中光轴精度测量装置工作原理图；

图12为本发明一种激光分系统综合测试设备中功率检测装置的结构示意图；

图13为本发明一种激光分系统综合测试设备中控制系统框图。

图中，1-大口径离轴抛物面反射式平行光管，2-模拟测程装置，3-光轴精度测量装置，4-基准，5-操作显示平台，6-功率测量装置，7-控制柜，8-光学平台，9-光电探测器，10-光轴偏差图像采集传感器，11-离轴抛物面反射镜，12-切换导轨，13-目标靶，14-触发器，15-延时器，16-模拟光源，17-靶面图像采集光轴平行性测量系统，18-光学陷阱，19-折光反射镜，20-分划板，21-激光靶，22-二维伺服导轨，23-1064nm点光源，24-寻像指示激光，25-靶面图像采集装置，26-校正反射镜，27-可见光源，28-激光衰减装置，29-聚焦光学镜头、30-光阑、31-反射镜组、32-功率计、33-外壳、34-移动导轨

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明公开了一种激光分系统综合测试设备，如图1、2和3所示，包括控制柜7、操作显示平台5、功率测量装置6和光学平台8，控制柜7、操作显示平台5、功率测量装置6均设置在光学平台8上表面，功率测量装置6和操作显示平台5平行设置在控制柜7的一侧，控制柜7内部依次设置有大口径离轴抛物面反射式平行光管1、模拟测程装置2和光轴精度测量装置3。

如图4所示，大口径离轴抛物面反射式平行光管1为全波段平行光管，包括依次设置的离轴抛物面反射镜11、折光反射镜19和目标靶13。大口径离轴抛物面反射式平行光管1是模拟测程装置2和光轴精度测量装置3的共用部件，由离轴抛物面反射镜11、折光反射镜19、目标靶13等和结构件等组成全波段平行光管，大口径离轴抛物面反射式平行光管1除保证离轴抛物面反射镜11面形加工精度外，安装时必须经过精密校正，才能保证出射光束的像差、光束束散角等技术指标要求。靶板切换导轨12在伺服电机的控制下精确切换目标靶13。折光反射镜19是为了折叠光路，减小整个测试设备的体积。还包括靶切换导轨12，靶切换导轨12与目标靶13相连，靶切换导轨12包括二维伺服导轨22和依次设置在二维伺服导轨22上方的寻像指示激光24、1064nm模拟激光点光源23、带照明可见自准直分划板20和激光靶21。靶切换导轨12上安装有带照明可见自准直分划板20、激光靶21、1064nm模拟激光点光源23、寻像指示激光24，在伺服电机的驱动下，进行精确切换。其中，大口径平行光管的光束出射平行性≤5″，有效光学口径为φ300mm，离轴抛物面反射镜11的外形尺寸为φ320mmx45mm(等厚)，母抛物面焦距为2500mm±5％，面形误差为rms≤1/20λ(λ＝0.6328μm)，表面镀膜反射率≥90％(工作波段)。

如图6和7所示，模拟测程装置2包括光学陷阱18、光电探测器9、高速触发器14、精密延时器15、1064nm模拟激光光源16和平行光管，光学陷阱18用于收集来自产品发射的激光，探测器设置在光学陷阱18内，高速触发器14、精密延时器15和1064nm模拟激光光源16依次相连。模拟测程装置2由光学陷阱18、高灵敏度光电探测器9、高速触发器14、精密延时器15、1064nm模拟激光光源16、平行光管等组成。光学陷阱18收集来自产品发射的激光，高灵敏度探测器放置在光学陷阱18内，探测到被测产品发射激光后，高速触发器14触发精密延时器15，延时时间为设定模拟测量距离，延时时间到后触发1064nm模拟激光光源16，激光光源发射相同脉宽、频率以及与距离相应的能量的回波激光信号，由测距机接收该信号，进行模拟测距。1064nm模拟激光光源16用于模拟激光测距回波激光信号，需要模拟激光波长、频率、脉宽、不同距离下的激光能量，模拟激光光源16由激光器、光纤程控衰减器、光开关、光分束器、光功率计32、可见激光器等组成，如图8所示，波长1064nm激光器激光耦合到光纤中，通过光纤程控衰减器控制输出的激光功率，光分束器分出一定比例的光进入光功率计32，进行实时测量，反馈到控制系统，监控当前的光功率，特别是在进行最大测程验证时，激光光源必须模拟最大距离下的回波激光功率，并且能够对该功率进行精确计量，以考核被测产品的最大测程，可见激光耦合到同一个光纤中，用于在可见波段下将光点精确校正到离轴抛物面反射镜11焦面上。模拟激光光源16主要技术指标如下：中心波长：1064nm士3nm；激光功率不稳定性≤5％；辐射功率：可调；脉冲宽度：10ns～100ns可调；触发方式：外触发，内触发(500)khz；重复频率：1hz-20khz。

如图9所示，根据光速、时间、距离之关系，当模拟测程300m-100km时，精密延时器15的时间设定范围约为2μs-1ms，测距精度为2m时，延时精度必须小于6ns。精密延时器15由源信号发生器发出毫秒级的脉冲信号，经信号调节电路并经选通后输入粗调延时装置，再由细调延时装置进行微调延时，延时的时间可通过控制计算机串行通信实现，精密延时器15的原理框图如图9所示，程控精密延时器15主要技术指标：延时设定范围2μs-1ms；延时精度≤4ns。

如图12所示，功率测量装置6包括聚焦光学镜头29、光阑30、反射镜组31、功率计32、外壳33和移动导轨34，外壳33设置在移动导轨34上，外壳33的一侧设置有开口，聚焦光学镜头29设置在开口处，光阑30设置在聚焦光学镜头29外部，反射镜组31合功率计32相对设置在外壳33内部。功率检测装置安装在平行光管出口的平台上，需要检测时移动到出光口处，其光轴中心位置由导轨定位，折光反射镜19组减小了装置的外形尺寸，光阑30可以依据被测产品的有效口径进行更换，保持与产品有效口径一致。功率检测装置光学系统主要技术指标：光学口径：φ200mm；焦距：600mm功率检测装置微功率计32主要技术指标：波长范围：0.8～1.7μm；测量范围：10pw～lmw。

如图13所示，控制器由工业控制计算机、运动控制卡、图像卡、驱动器、激光光源控制系统等电器组成，其作用为靶切换控制、激光光源(功率、频率、脉宽)控制，程控精密延时器15时间设定、图像采集等。以工控机为主机，各模块与主机之间采用pci接口、rs232接口等进行通讯，实现参数设置、动作指令控制，各模块采用单片机组成相对独立的系统，自身进行控制，并通过接口与主机交换数据信息。操作显示台由操作面板、触摸显示器、角度调整结构等组成，为人机操作界面，输入、显示信息。操作显示台设计为倾角为30°，并可以300°旋转，使调测操作更为轻松舒适。专用控制软件具有友好的人机界面，通过该界面可以输入运行参数、显示数据、图像，控制各模块协调运行，控制软件使测试台智能化，如：光学通道切换时，自动实现目标与光源的同步切换，软件设计中包含辅助检测、智能动作、信息提示等功能。同时，具有纠错防护、故障诊断等功能，力求人机界面友好，测试台软件具有以下功能：参数设定功能：将需用的参数通过界面输入，对相关模块的参数进行修改，如：激光光源的功率、频率、模块、衰减倍率等，图像显示功能：显示观察成像装置的靶面图像数据显示功能：显示测试结果，设备状态信息等。数据存储功能：将测试结果、测试状态等数据存储到计算机。

光轴精度测量原理

①确立基准面

如图10所示，本方案采用是自准法校正，将校正反射镜26紧贴在夹具基准4面上，校正光路如图10所示，测试时，首先将寻像指示光先移入光路，指示平行光管光轴位置，初步调整产品夹具基准4面，将指示光原理返回，再把带光源的自准分划板20移入光路，在靶面图像采集装置25中可以观察到自准分划板20和经反射镜反射回来的自准像，如果两个像不重合，精确校正基准4面，使之重合，并到达精度要求为止，确立了基准4面与光轴的位置。

②建立激光发射光轴

如图11所示，把激光靶21移入光路，产品发射激光，激光经过衰减装置(另行配制)衰减到合适的程度，在激光靶21上形成可见光斑，平行光管中激光光斑位置代表了产品激光发射光轴你，由靶面图像采集装置25记录光斑位置。

③解算光轴偏差

通过图像解算，解算出光斑与基准之间的高低与方位偏差，即为被测产品发射光轴与基准4之间的偏差。

光轴测量装置主要技术参数：成像透镜焦距为600mm，光学口径为φ4，ccd像素为500万，光轴测量误差为≤2.8″。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。