一種雙軸可調數字式光電自準直儀的制作方法
【專利摘要】本發明涉及光學測量領域，尤其涉及一種自準直儀，具體指一種雙軸可調數字式光電自準直儀，包括第一光源、第二光源、第一分劃板、第二分劃板、第一可調匯聚透鏡組、第二可調匯聚透鏡組、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、望遠主鏡、望遠次鏡和PSD探測器，本發明采用PSD探測器，系統響應快，分辨率高；采用雙軸“一字”分劃板，所探測到的“十字”投影光信號，是經過雙軸的兩套獨立光源系統的光信號重疊而產生，相當于在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨和反應能力，測量精度更高，采用了匯聚透鏡組縮短了準直儀的縱向高度，結構更加緊湊，可廣泛應用于日常生活、工業生產、航空航天、船舶和軍工領域的準直測量中。
【專利說明】—種雙軸可調數字式光電自準直儀
【技術領域】
[0001〕 本發明涉光電探測領域，尤其是涉及自準儀領域。
【背景技術】
[0002]自準直儀是利用光學自準直原理，實現小角度測量的精密測量儀器。由于其使用方便而且具有較高的檢測精度，被廣泛應用于航空航天、船舶、軍工等精密度極高的行業，例如機械加工工業的質量保證(平直度、平面度、垂直度、平行度等 ?、計量檢定行業中角度測試標準、棱鏡角度定位及監控、光學元件的測試及安裝精度控制等，其應用范圍廣闊。自準直儀經歷了目視式、光電指零式和數顯式三個發展階段。
[0003]提高分辨力和示值穩定性是通用數顯自準直儀的發展方向。
[0004]高分辨力是高準確度的保障與前提，高穩定性又是高分辨力的保障與前提。跳字量是靜態數顯自準直儀的特點和難點。動態測量每次采樣只有一個數值輸出，反應不出示值的跳動，其難點是動態響應速度和動態準確度，但通用儀器要讀出每個位置的穩定讀數值，跳字大就只能估讀，影響示值的準確度，也影響分辨力。
[0005]數顯式自準直儀的出現使自準直儀的性能有質的飛躍，數顯式把儀器準確度由1〃級提高至0.1〃級，最小顯示值由0.1〃級提高至0.01〃級。數顯式自準直儀準確度高，使用方便，操作簡單，能實現自動測量。
[0006]目前國內外生產的光電自準直儀主要靠人眼讀數，用于靜態測試，響應頻率不高，無法滿足高速測量的需要。
[0007]此外單軸自準直儀的測量精度較差，不能很好的實現二維角度的測量，此外目前自準直儀的縱向高度過高也影響自準儀的安裝和攜帶。
[0008]
【發明內容】
[0009]鑒于上述情況，本發明提供了一種雙軸可調數字式光電自準直儀，可對目標進行自動識別，相比于傳統的光電自準儀具有更高的分辨率，而通過雙軸測量，能夠更靈敏的檢測出被測目標二維角度的偏移。
[0010]為了實現上述目標，本發明采取以下技術方案:一種雙軸可調數字式光電自準直儀，包括第一光源、第二光源、第一分劃板、第二分劃板、第一可調匯聚透鏡組、第二可調匯聚透鏡組、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、望遠主鏡、望遠次鏡和？30探測器；其中，所述第分劃板和第二分劃板均為“一字”型分化板，第一和第二分劃板上的“一字”形刻線相互垂直擺放；當第一光源、第二光源開啟后，所發出的光線分別照亮第一分劃板和第二分化板，所述第一分劃板和第二分化板上相互垂直的“一字”形刻線，分別投影到，第一光源匯聚透鏡和第二可調匯聚透鏡組，所述第一可調匯聚透鏡組和第二可調匯聚透鏡組的匯聚作用后，分別投射到第一分光棱鏡和第二分光棱鏡中，經過第一分光棱鏡和第二分光棱鏡的反射作用后入射到望遠主鏡中，經過望遠主鏡的準直作用投射到目標反射面中，目標反射面將上述光線反射回來，依次透過所述第一和第二分光棱鏡后經過所述望遠次鏡，所述望遠次鏡將上述光線匯聚后投射到所述？30探測器中。
[0011]具體的，當第一光源開啟后，所發出的光線照亮第一分劃板，經過所述第一分劃板的光經過第一可調匯聚透鏡組匯聚后照射到第一分光棱鏡的反光面上，經過第一分光棱鏡的反射作用后，進入望遠主鏡后，投射到目標反射面上；目標反射面將光反射后回來后經過望遠主鏡的再次匯聚后，依次透過第一分光棱鏡、第二分光棱鏡和望遠次鏡后，最終入射到所述？30探測器中；
當第二光源開啟后，所發出的光線照亮第二分劃板，經過所述第二分劃板的光經過第二可調匯聚透鏡組匯聚后照射到第二分光棱鏡的反光面上，經過第二分光棱鏡的反射作用后，透過第一分光棱鏡，進入望遠主鏡后，投射到目標反射面上；目標反射面將光反射后回來后經過望遠主鏡的再次匯聚后，依次透過第一分光棱鏡、第二分光棱鏡和望遠次鏡后，最終入射到所述？30探測器中。
[0012]本發明采用雙軸系統，其中第一分劃板和第二分劃板均為:“一字”形刻線，兩分劃板刻線相互垂直擺放，分別經過第一分光棱鏡和第二分光棱鏡的反射作用后投射到目標反射面中，如果反射面與自準直儀垂直，沒有偏轉角度時，理論上，光線經過準直儀各個光學面最終投射到探測器中時應該成相互交叉的“十字”形，且與？30所設置的中心位置重合，當目標反射面與自準直儀軸向程一定角度偏移時，兩分劃板上的“一字”形刻線就不能在？30探測器的探測面上形成“十字”形投影。根據？30探測器的探測面所接收到的分劃板影像就能更好的判斷目標反射面得偏移角度和方向。相比于單軸的自準直儀，一般所用的“十字”或其他形狀的分劃板，本發明采用雙軸“一字”分劃板，最后探測器所探測到的“十字”投影光信號，是經過雙軸的兩套獨立光源系統的光信號重疊而產生，這相當于在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨能力和反應能力。
[0013]本新型數字式光電自準直儀，在光源端采用可調匯聚透鏡組，在第一光源端采用第一匯集透鏡組，其中第一匯聚透鏡組包括，第一匯聚透鏡和第二匯聚透鏡；所述第一匯聚透鏡靠近第一分劃板一端，所述第二匯聚透鏡靠近所述第一分光棱鏡一端。在第二光源端采用第二匯集透鏡組，其中第二匯聚透鏡組包括，第三匯聚透鏡和第四匯聚透鏡；所述第三匯聚透鏡靠近第二分劃板一端，所述第四匯聚透鏡靠近所述第二分光棱鏡一端。
[0014]第一光源所發出的光照亮第一分劃板上的圖案后，上述圖案投射到第一匯聚透鏡，經過第一和第二匯聚透鏡的兩次匯聚后投射到第一分光棱鏡的分光面上，第二光源一軸的光路原理和上述過程相同，不再贅述。這樣做的好處是，在光源為發散光時，兩次的匯聚作用可以在較短的距離內將圖案匯聚到較小范圍內，更好的集中光信號，便于其后的觀測或檢測，縮短了光源所發出的光信號到分光棱鏡之間的傳輸距離，直接好處是使得自準儀的縱向高度減小，結構更加緊湊，更加便于安裝的攜帶。
[0015]作為一種優選，所述第一分劃板上的“一字”刻線位于自準直儀的中軸線的正上方，平行于自準直儀的軸線；所述第二分劃板上的“一字”刻線，水平擺放于自準直儀的中軸線的正上方，垂直于自準直儀的軸線。
[0016]作為一種優選，所述第二分劃板上的“一字”刻線位于自準直儀的中軸線的正上方，平行于自準直儀的軸線；所述第一分劃板上的“一字”刻線，水平擺放于自準直儀的中軸線的正上方，垂直于自準直儀的軸線。
[0017]本雙軸可調數字式光電自準直儀采用？30探測器，所探測的光信號的位置量信息為模擬量輸出，系統響應快，分辨率高，成本低，因此具有廣泛應用的價值。同時可對目標信號進行調制，因而可以顯著提高系統的抗干擾能力，可以用來實現高速、高精度、抗干擾能力強的位置檢測系統，相比于￠^0探測器，本發明采用？30探測器的探測靈敏度更高，高實現高更精度的測量。同時價格也更加便宜。
[0018]進一步的，所述光源采用120光源，相比于傳統光源，具有，成本低、高效率，低能耗，高亮度，綠色環保，超長壽命等一系列顯著優點，本一種雙軸可調數字式光電自準直儀采用[￡0為光源，降低了生產成本，同時光源發光強度也得到保證。
[0019]進一步的，所述望遠主鏡為膠合透鏡組，相比于普通透鏡，膠合透鏡組具有更好的聚光效果。
[0020]本發明具有以下有益效果:本雙軸可調數字式光電自準直儀采用？30探測器，所探測的光信號的位置量信息為模擬量輸出，系統響應快，分辨率高，成本低，因此具有廣泛應用的價值。同時可對目標信號進行調制，因而可以顯著提高系統的抗干擾能力，可以用來實現高速、高精度、抗干擾能力強的位置檢測系統，相比于￠:0)探測器，本發明采用？30探測器的探測靈敏度更高，高實現高更精度的測量，同時價格也更加便宜；本發明采用雙軸“一字”分劃板，最后探測器所探測到的“十字”投影光信號，是經過雙軸的兩套獨立光源系統的光信號重疊而產生，這相當于在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨能力和反應能力，結構簡單，生產成本低，測量精度更高，此外本新型數字式光電自準直儀還采用了匯聚透鏡組縮短了準直儀的縱向高度，結構更加緊湊，更加便于安裝的攜帶。本發明可廣泛應用于日常生活、工業生產、航空航天、船舶和軍工領域的準直測量中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本雙軸可調數字式光電自準直儀的原理結構圖。
[0022]圖2為本雙軸可調數字式光電自準直儀優選方式1的光路原理示意圖。
[0023]圖3為本雙軸可調數字式光電自準直儀優選方式2的光路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例詳細說明本發明。
[0025]本發明提供了一種雙軸可調數字式光電自準直儀，可對目標進行自動識別，相比于傳統的光電自準儀具有更高的分辨率，而通過雙軸測量，能夠更靈敏的檢測出被測目標二維角度的偏移。
[0026]—種雙軸可調數字式光電自準直儀，如圖1所不，包括第一光源1、第二光源2、第一分劃板3、第二分劃板4、第一可調匯聚透鏡組5、第二可調匯聚透鏡組6、第一分光棱鏡7、第二分光棱鏡8、望遠主鏡9、目標反射面10、望遠次鏡11和？30探測器12 ；其中，所述第一分劃板3和第二分劃板4均為“一字”型分化板，第一和第二分劃板上的“一字”形刻線相互垂直擺放；當第一光源1、第二光源2開啟后，所發出的光線分別照亮第一分劃板3和第二分化板4，所述第一分劃板1和第二分化板2上相互垂直的“一字”形刻線，分別投影到第一光源匯聚透鏡5和第二可調匯聚透鏡組6，所述第一光源匯聚透鏡5和第二可調匯聚透鏡組6的匯聚作用后，分別投射到第一分光棱鏡7和第二分光棱鏡8中，經過第一分光棱鏡7和第二分光棱鏡8的反射作用后入射到望遠主鏡9中，經過望遠主鏡9的準直作用投射到目標反射面10中，目標反射面10將上述光線反射回來，依次透過所述第一和第二分光棱鏡后經過所述望遠次鏡11，所述望遠次鏡將上述光線匯聚后投射到所述？30探測器12中(工作原理如圖2所示
[0027]本發明采用雙軸系統，其中第一分劃板3和第二分劃板4均為:“一字”形刻線，兩分劃板刻線相互垂直擺放，分別經過第一分光棱鏡5和第二分光棱鏡6的反射作用后投射到目標反射面10中，如果目標反射面10與自準直儀垂直，沒有偏轉角度時，理論上，光線經過準直儀各個光學面最終投射到探測器12中時應該成相互交叉的“十字”形，且與？30探測器所設置的中心位置重合，當目標反射面10與自準直儀軸向程一定角度偏移時，兩分劃板上的“一字”形刻線就不能在探測器的探測面上形成“十字”形投影。根據？30探測器12的探測面所接收到的分劃板影像就能更好的判斷目標反射面得偏移角度和方向。相比于單軸的自準直儀，一般所用的“十字”或其他形狀的分劃板，本發明采用雙軸“一字”分劃板，最后探測器所探測到的“十字”投影光信號，是經過雙軸的兩套獨立光源系統的光信號重疊而產生，這相當于在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨能力和反應能力。
[0028]本新型數字式光電自準直儀，如圖1所示，在光源端采用可調匯聚透鏡組，在第一光源1端采用第一匯集透鏡組5，其中第一匯聚透鏡組5包括，第一匯聚透鏡5-1和第二匯聚透鏡5-2 ；所述第一匯聚透鏡5-1靠近第一分劃板1 一端，所述第二匯聚透鏡5-2靠近所述第一分光棱鏡7 —端。在第二光源2端采用第二匯集透鏡組6，其中第二匯聚透鏡組6包括第三匯聚透鏡6-1和第四匯聚透鏡6-2 ；所述第三匯聚透鏡6-1靠近第二分劃板4 一端，所述第四匯聚透鏡6-2靠近所述第二分光棱鏡8 一端。
[0029]第一光源1所發出的光照亮第一分劃板2上的圖案后，上述圖案投射到第一匯聚透鏡5-1，經過第一和第二匯聚透鏡5-2的兩次匯聚后投射到第一分光棱鏡7的分光面上，第二光源2—軸的光路原理和上述過程相同，不再贅述。這樣做的好處是，在光源為發散光時，兩次的匯聚作用可以在較短的距離內將圖案匯聚到較小范圍內，更好的集中光信號，便于其后的觀測或檢測，縮短了光源所發出的光信號到分光棱鏡之間的傳輸距離，直接好處是使得自準儀的縱向高度減小，結構更加緊湊，更加便于安裝的攜帶。
[0030]作為一種優選，如圖2所不，所述第一分劃板上的“一字”刻線位于自準直儀的中軸線的正上方，平行于自準直儀的軸線；所述第二分劃板上的“一字”刻線，水平擺放于自準直儀的中軸線的正上方，垂直于自準直儀的軸線。
[0031]作為一種優選，如圖3所示，所述第二分劃板上的“一字”刻線位于自準直儀的中軸線的正上方，平行于自準直儀的軸線；所述第一分劃板上的“一字”刻線，水平擺放于自準直儀的中軸線的正上方，垂直于自準直儀的軸線。
[0032]本雙軸可調數字式光電自準直儀采用？30探測器，所探測的光信號的位置量信息為模擬量輸出，系統響應快，分辨率高，成本低，因此具有廣泛應用的價值。同時可對目標信號進行調制，因而可以顯著提高系統的抗干擾能力，可以用來實現高速、高精度、抗干擾能力強的位置檢測系統，相比于￠^0探測器，本發明采用？30探測器的探測靈敏度更高，高實現高更精度的測量。同時價格也更加便宜。
[0033]進一步的，所述光源采用…!)光源，相比于傳統光源，…!)具有，成本低、高效率，低能耗，高亮度，綠色環保，超長壽命等一系列顯著優點，本一種雙軸可調數字式光電自準直儀采用[￡0為光源，降低了生產成本，同時光源發光強度也得到保證。
[0034]進一步的，所述望遠主鏡為膠合透鏡組，相比于普通透鏡，膠合透鏡組具有更好的聚光效果。
[0035]本雙軸可調數字式光電自準直儀采用？30探測器，所探測的光信號的位置量信息為模擬量輸出，系統響應快，分辨率高，成本低，因此具有廣泛應用的價值。同時可對目標信號進行調制，因而可以顯著提高系統的抗干擾能力，可以用來實現高速、高精度、抗干擾能力強的位置檢測系統，相比于￠^0探測器，本發明采用？30探測器的探測靈敏度更高，高實現高更精度的測量，同時價格也更加便宜；本發明采用雙軸“一字”分劃板，最后探測器所探測到的“十字”投影光信號，是經過雙軸的兩套獨立光源系統的光信號重疊而產生，這相當于在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨能力和反應能力，結構簡單，生產成本低，測量精度更高，此外本新型數字式光電自準直儀還采用了匯聚透鏡組縮短了準直儀的縱向高度，結構更加緊湊，更加便于安裝的攜帶。本發明可廣泛應用于日常生活、工業生產、航空航天、船舶和軍工領域的準直測量中。
[0036]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種雙軸可調數字式光電自準直儀，其特征是，包括第一光源、第二光源、第一分劃板、第二分劃板、第一可調匯聚透鏡組、第二可調匯聚透鏡組、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、望遠主鏡、望遠次鏡和PSD探測器； 所述第分劃板和第二分劃板均為“一字”型分化板；第一和第二分劃板上的“一字”形刻線相互垂直擺放； 當第一光源開啟后，所發出的光線照亮第一分劃板，經過所述第一分劃板的光經過第一可調匯聚透鏡組匯聚后照射到第一分光棱鏡的反光面上，經過第一分光棱鏡的反射作用后，進入望遠主鏡后，投射到目標反射面上；目標反射面將光反射后回來后經過望遠主鏡的再次匯聚后，依次透過第一分光棱鏡、第二分光棱鏡和望遠次鏡后，最終入射到所述PSD探測器中； 當第二光源開啟后，所發出的光線照亮第二分劃板，經過所述第二分劃板的光經過第二可調匯聚透鏡組匯聚后照射到第二分光棱鏡的反光面上，經過第二分光棱鏡的反射作用后，透過第一分光棱鏡，進入望遠主鏡后，投射到目標反射面上；目標反射面將光反射后回來后經過望遠主鏡的再次匯聚后，依次透過第一分光棱鏡、第二分光棱鏡和望遠次鏡后，最終入射到所述PSD探測器中。
2.如權利要求1所述的一種雙軸可調數字式光電自準直儀，其特征是，所述第一可調匯聚透鏡組包括第一匯聚透鏡和第二匯聚透鏡；所述第一匯聚透鏡靠近第一分劃板一端，所述第二匯聚透鏡靠近所述第一分光棱鏡一端。
3.如權利要求2所述的一種雙軸可調數字式光電自準直儀，其特征是，第二匯聚透鏡組包括，第三匯聚透鏡和第四匯聚透鏡；所述第三匯聚透鏡靠近第二分劃板一端，所述第四匯聚透鏡靠近所述第二分光棱鏡一端。
4.如權利要求3所述的一種雙軸可調數字式光電自準直儀，其特征是，所述第一分劃板上的“一字”刻線位于自準直儀的中軸線的正上方，平行于自準直儀的軸線。
5.如權利要求3所述的一種雙軸可調數字式光電自準直儀，其特征是，所述第二分劃板上的“一字”刻線，水平擺放于自準直儀的中軸線的正上方，垂直于自準直儀的軸線。
6.如權利要求1至5之一所述的一種雙軸可調數字式光電自準直儀，其特征是，所述光源采用LED光源。
7.如權利要求1所述的一種雙軸可調數字式光電自準直儀，其特征是，望遠主鏡為膠合透鏡組。
【文檔編號】G01B11/26GK104315999SQ201410660491
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】姜世平, 曹志明, 胡玲 申請人:四川云盾光電科技有限公司