專利名稱：束靶耦合傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光慣性約束聚變實(shí)驗(yàn)是目前國(guó)際上研究的最前沿研究課題之一，該實(shí)驗(yàn) 通過多路高能激光轟擊氘氚靶實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)可控聚變。激光慣性約 束聚變實(shí)驗(yàn)中需要將多路激光精確引導(dǎo)到實(shí)驗(yàn)靶上的指定位置。以往激光引導(dǎo) 方式是將激光直接打到靶上通過監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)光點(diǎn)在靶上的位置，由于通常打靶 激光波長(zhǎng)為紫外光，而監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所檢測(cè)的光為可見光波段，因此對(duì)靶和光點(diǎn)的 監(jiān)測(cè)存在色差，解決色差問題的辦法是采用反射式成像光學(xué)系統(tǒng)，但設(shè)計(jì)、加 工、裝配難度大，成本高，并且由于靶的形狀多種多樣，激光光點(diǎn)打到靶上后 可能產(chǎn)生變形和散射等現(xiàn)象。對(duì)于黑洞類型的靶，激光彈著點(diǎn)的位置甚至是不 可見的，因而常常通過盲調(diào)打靶，對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的精度要求非常高，但還是不能 保證打耙的精度和可靠性；對(duì)于多路激光打耙的情況，如果多路激光同時(shí)打到 靶上，各光點(diǎn)之間相互重疊干擾，無法實(shí)現(xiàn)并行引導(dǎo)，只能單路依次引導(dǎo)，引 導(dǎo)時(shí)間長(zhǎng)，過程繁瑣，因此激光光束隨時(shí)間的漂移和各調(diào)整環(huán)節(jié)的時(shí)間穩(wěn)定性 將大大降低打靶的精度和可靠性；另外對(duì)于有些靶，是不允許激光直接輻照的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工、裝配難度大，成本高，易產(chǎn)生 變形和散射等現(xiàn)象，以及對(duì)于特殊靶不能保證打耙的精度和可靠性的問題，而 提出了一種束靶耦合傳感器。
本發(fā)明的束靶耦合傳感器包括上部監(jiān)測(cè)單元、中部監(jiān)測(cè)單元、下部監(jiān)測(cè)單 元和調(diào)焦機(jī)構(gòu)；
上部監(jiān)測(cè)單元由上路CCD、上顯微物鏡、上激光反射鏡和上環(huán)形LED光 源組成；
上激光反射鏡的正中間開有圓孔，上顯微物鏡固定在所述圓孔的中心位 置，所述上顯微物鏡的光軸垂直于所述上激光反射鏡的反射面，上顯微物鏡的 正上方設(shè)置有上路CCD，上環(huán)形LED光源安裝在上激光反射鏡的底部，上路CCD的攝像機(jī)像敏面中心軸、上顯微物鏡的光軸和上環(huán)形LED光源的中心軸 都與上縱向聚光軸重合；
上激光反射鏡，用于將入射激光反射到上路CCD中；
上環(huán)形LED光源，用于照射被測(cè)靶；
上顯微物鏡，將被測(cè)靶的圖像投射在上路CCD中；
上路CCD,用于采集上激光反射鏡所反射的激光和通過上顯微物鏡所投
射出的被測(cè)靶的圖像；
下部監(jiān)測(cè)單元由下路CCD、下顯微物鏡、下激光反射鏡和下環(huán)形LED光
源組成；下部監(jiān)測(cè)單元的組件連接關(guān)系與上部監(jiān)測(cè)單元的組件連接關(guān)系相同， 上部監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元鏡像對(duì)稱，對(duì)稱平面與上縱向聚光軸垂直；上部 監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元分別位于所述對(duì)稱平面的上部和下部；
中部監(jiān)測(cè)單元由中路CCD和中顯微物鏡組成；中路CCD用于采集中顯 微物鏡所投射出的被測(cè)靶的圖像，所述中路CCD的攝像機(jī)像敏面中心軸和中 顯微物鏡的光軸都與中部監(jiān)測(cè)單元的橫向聚光軸重合，所述橫向聚光軸在上部 監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元的對(duì)稱平面上，并且與上縱向聚光軸相交于中心點(diǎn)
OS
調(diào)焦機(jī)構(gòu)，用于分別調(diào)整上部監(jiān)測(cè)單元、下部監(jiān)測(cè)單元和中部監(jiān)測(cè)單元使 被測(cè)靶分別在上路CCD、下路CCD和中路CCD得到清晰成像。
本發(fā)明為一種基于光學(xué)共軛原理的激光靶引導(dǎo)傳感器，通過CCD視覺監(jiān)測(cè) 分別對(duì)激光光點(diǎn)和靶進(jìn)行定位和引導(dǎo)，避免引導(dǎo)過程中激光直接打到耙上，消 除了靶對(duì)激光光點(diǎn)定位的諸多影響，可以實(shí)現(xiàn)靶和激光彈著點(diǎn)的同時(shí)監(jiān)測(cè)，提 高激光束引導(dǎo)精度，實(shí)現(xiàn)多路激光和靶的并行引導(dǎo)，大大縮短激光引導(dǎo)時(shí)間， 另外可實(shí)瑰激光引導(dǎo)過程的可視化，激光光點(diǎn)在靶上的彈著點(diǎn)位置可以很直觀 的顯示出來。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用三路CCD顯微監(jiān)測(cè)系統(tǒng) (上、下兩路，中部一路)，對(duì)放在束靶耦合傳感器中心的實(shí)驗(yàn)耙成像，利用 光學(xué)共軛原理，將聚焦到靶上的多路激光反射到CCD像面上，通過計(jì)算機(jī)圖像 處理，實(shí)現(xiàn)靶的位置和姿態(tài)監(jiān)測(cè)，以及激光彈著點(diǎn)在靶上彈著點(diǎn)位置的監(jiān)測(cè)。 通過真空電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)CCD顯微監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)焦。采用光柵位移傳感器測(cè)量顯微監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)焦位置。采用環(huán)形LED光源對(duì)靶照明。
本發(fā)明的有益效果是，實(shí)現(xiàn)慣性約束聚變中靶和多路激光的精確、快速引
導(dǎo)，由于激光不直接打到靶上，光束引導(dǎo)不受靶的影響，對(duì)不同靶的適應(yīng)性提
高。為慣性約束聚變激光和靶引導(dǎo)提供切實(shí)有效的手段。


圖1是束靶耦合傳感器復(fù)位狀態(tài)光路示意圖；圖2是束靶耦合傳感器調(diào)焦 狀態(tài)光路示意圖；圖3是靶水平方向偏離坐標(biāo)原點(diǎn)、不傾斜時(shí)上路CCD11和 下路CCD31監(jiān)測(cè)的圖像示意圖；圖4是靶不偏離坐標(biāo)原點(diǎn)、傾斜時(shí)上路CCD11 和下路CCD31監(jiān)測(cè)的圖像示意圖；圖5是束靶耦合傳感器中三路CCD的物 像空間坐標(biāo)系關(guān)系圖；圖6是束靶耦合傳感器的俯視圖；圖7是圖6的H-H 的剖視圖；圖8是束靶耦合傳感器的左視圖；圖9和圖IO是束靶耦合傳感器 的立體圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1、圖2和圖6至圖10說明本實(shí)施方式，本實(shí) 施方式束靶耦合傳感器由上部監(jiān)測(cè)單元、中部監(jiān)測(cè)單元、下部監(jiān)測(cè)單元、和調(diào) 焦機(jī)構(gòu)組成；
上部監(jiān)測(cè)單元由上路CCDll、上顯微物鏡12、上激光反射鏡13和上環(huán)形 LED光源14組成；
上激光反射鏡13的正中間開有圓孔，上顯微物鏡12固定在所述圓孔的中 心位置，所述上顯微物鏡12的光軸垂直于所述上激光反射鏡13的反射面，上 顯微物鏡12的正上方設(shè)置有上路CCDll，上環(huán)形LED光源14安裝在上激光 反射鏡13的底部，上路CCD11的攝像機(jī)像敏面中心軸、上顯微物鏡12的光 軸和上環(huán)形LED光源14的中心軸都與上縱向聚光軸1重合；
上激光反射鏡13，用于將入射激光反射到上路CCDll中；
上環(huán)形LED光源14，用于照射被測(cè)靶；
上顯微物鏡12，將被測(cè)靶的圖像投射在上路CCDll中；
上路CCDll，用于采集上激光反射鏡13所反射的激光和通過上顯微物鏡 12所投射出的被測(cè)靶的圖像；
下部監(jiān)測(cè)單元由下路CCD31、下顯微物鏡32、下激光反射鏡33和下環(huán)形LED光源34組成；下部監(jiān)測(cè)單元的組件連接關(guān)系與上部監(jiān)測(cè)單元的組件連接 關(guān)系相同，上部監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元鏡像對(duì)稱，對(duì)稱平面與上縱向聚光軸
中部監(jiān)測(cè)單元由中路CCD21和中顯微物鏡22組成；中路CCD21用于采 集中顯微物鏡22所投射出的被測(cè)靶的圖像，所述中路CCD21的攝像機(jī)像敏面 中心軸和中顯微物鏡22的光軸都與中部監(jiān)測(cè)單元的橫向聚光軸2重合，所述 橫向聚光軸2在上部監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元的對(duì)稱平面上，并且與上縱向聚 光軸l相交于中心點(diǎn)o;
調(diào)焦機(jī)構(gòu)，用于分別調(diào)整上部監(jiān)測(cè)單元、下部監(jiān)測(cè)單元和中部監(jiān)測(cè)單元使 被測(cè)靶分別在上路CCDll、下路CCD31和中路CCD21得到清晰成像。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖6至圖10說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體 實(shí)施方式一不同點(diǎn)在于增加了上部支撐架41、下部支撐架42和中部監(jiān)測(cè)單元 支架44;上部支撐架41、下部支撐架42和中部監(jiān)測(cè)單元支架44分別用于固 定上監(jiān)測(cè)單元、下監(jiān)測(cè)單元和中部監(jiān)測(cè)單元。其它組成和連接方式與具體實(shí)施 方式一相同。
具體賣施方式三結(jié)合圖6至圖10說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體 實(shí)施方式二不同點(diǎn)在于調(diào)焦機(jī)構(gòu)由上部調(diào)焦機(jī)構(gòu)、下部調(diào)焦機(jī)構(gòu)、中部調(diào)焦機(jī) 構(gòu)53和調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架43組成；上部調(diào)焦機(jī)構(gòu)由上傳動(dòng)機(jī)構(gòu)511、上調(diào)焦真 空電機(jī)512和上轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪513組成；上部調(diào)焦機(jī)構(gòu)用于上下垂直調(diào)節(jié)上部支撐 架41的位置，下部調(diào)焦機(jī)構(gòu)由下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)521、下調(diào)焦真空電機(jī)522和下轉(zhuǎn) 動(dòng)齒輪523組成；下部調(diào)焦機(jī)構(gòu)用于上下垂直調(diào)節(jié)下部支撐架42的位置，調(diào) 焦機(jī)構(gòu)支撐架43內(nèi)安裝有上調(diào)焦真空電機(jī)512和下調(diào)焦真空電機(jī)522;下調(diào) 焦真空電機(jī)522的驅(qū)動(dòng)軸連接于調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架43下部的下轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪523, 下轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪523與下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)521的動(dòng)力輸入齒輪相嚙合，下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)521 的動(dòng)力輸出端安裝在下部支撐架42的延伸平臺(tái)下；上部調(diào)焦機(jī)構(gòu)的組件連接 關(guān)系與下部調(diào)焦機(jī)構(gòu)的組件連接關(guān)系相同；中部調(diào)焦機(jī)構(gòu)53在固定中部監(jiān)測(cè) 單元上，中部調(diào)焦機(jī)構(gòu)53通過中部監(jiān)測(cè)單元支架44連接在上部監(jiān)測(cè)單元上； 中部調(diào)焦機(jī)構(gòu)53用于左右水平調(diào)節(jié)中部監(jiān)測(cè)單元的位置。其它組成和連接方 式與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖7和圖9說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體
實(shí)施方式三*不同點(diǎn)在于下部支撐架42由下路CCD支架421、下激光反射鏡支 架422和下環(huán)形LED支架423組成；下激光反射鏡支架422為具有矩形延伸 平臺(tái)的圓環(huán)形支架，下激光反射鏡支架422的矩形延伸平臺(tái)為支撐架42的延 伸平臺(tái)，下激光反射鏡33嵌放于下激光反射鏡支架422的圓環(huán)內(nèi)，下激光反 射鏡支架422的下部設(shè)置有用于固定下路CCD31和下顯微物鏡32的下路CCD 支架421;下激光反射鏡支架422的上部設(shè)置有用于固定下環(huán)形LED光源34 的下環(huán)形LED支架423，上部支撐架41由上路CCD支架411、上激光反射鏡 支架412和上環(huán)形LED支架413組成；上部支撐架41的組件連接關(guān)系與下部 支撐架42的組件連接關(guān)系相同。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖10說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式三不同點(diǎn)在于調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架43上增加了兩組滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩組滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的 上部?jī)蓚€(gè)上滑動(dòng)體432分別固定在上部支撐架41的延伸平臺(tái)兩端上，兩組滑 動(dòng)機(jī)構(gòu)的下部?jī)蓚€(gè)下滑動(dòng)體433分別固定在下部支撐架42的延伸平臺(tái)兩端上， 調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架43朝向監(jiān)測(cè)單元方向的表面為工作面，兩組滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩個(gè) 滑道434分別設(shè)置在調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架43的工作面的兩側(cè)。其它組成和連接方 式與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖6至圖10說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體 實(shí)施方式三不同點(diǎn)在于調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架43上增加了兩個(gè)定位標(biāo)志431,兩個(gè) 定位標(biāo)志431的一端分別固定在調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架43的兩個(gè)側(cè)面上，兩個(gè)定位 標(biāo)志431的另一端分別開有圓孔，所述兩個(gè)圓孔的中心軸線交于中心點(diǎn)o。其 它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三不同點(diǎn)在于上傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 511和下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)521采用滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其它組成和連接方式與具體實(shí) 施方式三相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體 實(shí)施方式一、四、五或六不同點(diǎn)在于增加了測(cè)距裝置，測(cè)距裝置由上部測(cè)距裝 置61和下部測(cè)距裝置62組成；上部測(cè)距裝置61和下部測(cè)距裝置62，分別用 于測(cè)量上部監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元位移大小。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一、四、五或六相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八不同點(diǎn)在于測(cè)距裝置采 用光柵位移傳感器，其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
八相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于激光反射鏡
的反射波長(zhǎng)351nm的模擬光，反射率99.9%。其它組成和連接方式與具體實(shí) 施方式一相同。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
還可以是上述各具體實(shí)施方式
的組合。
本發(fā)明的工作原理
束靶耦合傳感器的工作原理如圖1所示，在復(fù)位狀態(tài)下，束靶耦合傳感器
中心點(diǎn)o與上路CCD11和下路CCD31像敏面分別相對(duì)于上激光反射鏡13和 下激光反射鏡33共軛，即有01尸=0尸=02 = 0^ = ^。稱與上路CCD11和下路 CCD31像敏面對(duì)于上激光反射鏡13和下激光反射鏡33共軛的平面為上下監(jiān) 測(cè)單元的對(duì)準(zhǔn)平面。在復(fù)位狀態(tài)下，上下監(jiān)測(cè)單元的對(duì)準(zhǔn)平面重合于o點(diǎn)。
放在束靶耦合傳感器中心o點(diǎn)的物經(jīng)上中下上顯微物鏡分別成像在上中 下CCD像敏面坐標(biāo)原點(diǎn)0l、 o3、 02上。由于顯微物鏡景深較小，為了對(duì)不同 靶清晰成像，通過調(diào)焦機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。上部監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元在各自真 空電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，可分別對(duì)靶進(jìn)行調(diào)焦，中部監(jiān)測(cè)單元隨 上部監(jiān)測(cè)單元上下移動(dòng)，同時(shí)通過中部調(diào)焦機(jī)構(gòu)53，即微型運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行前 后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靶的調(diào)焦。
由于圓柱形靶在打靶中較為常用，下面以圓柱型耙打耙的光束和耙位監(jiān)測(cè)
為例，說明激光靶引導(dǎo)傳感器的工作原理和流程。
首先通過與上下監(jiān)測(cè)單元相連的光柵位移傳感器監(jiān)測(cè)，使束靶耦合傳感器 復(fù)位，在中部監(jiān)測(cè)單元的監(jiān)測(cè)下，使靶的2向中心與束耙耦合傳感器中心0處 于同一高度。當(dāng)要對(duì)靶上下端面成像時(shí)，上下運(yùn)動(dòng)單元通過傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)分別向上
和向下運(yùn)動(dòng)靶長(zhǎng)的一半，即上下運(yùn)動(dòng)單元位移^=-^2=|, /為耙的高度，
如圖2所示。
通過靶端面在上下CCD像面上的成像位置，可以計(jì)算耙的姿態(tài)，如圖3 和圖4所示。當(dāng)靶軸線與束靶耦合傳感器z軸平行時(shí)，如果耙沿垂直z軸方向 平移，上下端面在上下CCD像面上同向平移，如圖3所示，當(dāng)耙中心與束耙 耦合傳感器中心重合但軸線與束靶耦合傳感器z軸存在夾角時(shí)，在上下CCD上成像位置方向相反，相對(duì)于原點(diǎn)對(duì)稱，如圖4所示。束靶耦合傳感器物空間坐標(biāo)系和三個(gè)CCD像面坐標(biāo)系如圖5所示。設(shè)上 下CCD像面坐標(biāo)系下的靶坐標(biāo)分別為(x。力')，fe',力')，中部CCD像面坐標(biāo) 系下耙坐標(biāo)為0C3', z3')，則靶在物空間的位置和姿態(tài)為w+w22 2C0S0f = "11-^-(v/a-w2)a是靶軸線與z軸的夾角，^靶軸線在:c^平面上投影與;c軸的夾角，A、 爲(wèi)、爲(wèi)分別是上顯微物鏡12、中顯微物鏡22和下顯微物鏡32的放大倍率。 上中下三個(gè)環(huán)形LED光源為耙提供照明。兩個(gè)定位標(biāo)志為正交定位標(biāo)志，用于監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)束靶耦合傳感器進(jìn)行定 位。定位標(biāo)志上鍍有反射膜，并刻劃有十字標(biāo)志。兩個(gè)定位標(biāo)志法線互相垂直， 交于束耙耦合傳感器中心。上路CCDll、中路CCD21和下路CCD31是束靶耦合傳感器的核心部件， 為了保證靶和激光的定位精度和監(jiān)測(cè)范圍，要求CCD具備像元小、大面陣的 特點(diǎn)。同時(shí)，由于受靶室內(nèi)空間的限制、多路激光光路的限制以及傳感器支撐 機(jī)構(gòu)的限制，要求CCD的外形尺寸小。綜合以上因素，選擇的CCD為美國(guó) Sentech公司的STC-83。中部監(jiān)測(cè)單元通過中部調(diào)焦機(jī)構(gòu)53實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，當(dāng)耙上定位標(biāo)志或某一部 位超出顯微系統(tǒng)的景深范圍時(shí)，可前后調(diào)焦使中路CCD21對(duì)耙成清晰像。避 免了前后移動(dòng)靶架調(diào)焦而帶來的盲推問題，提高對(duì)耙的定位精度。中部調(diào)焦機(jī) 構(gòu)53采用德國(guó)PI公司微位移平臺(tái)，型號(hào)M-11L2VG(真空版)，調(diào)焦范圍為0 mm 15mm,運(yùn)動(dòng)分辨率0.2pm,直線度0.5pm，推力ION。上下監(jiān)測(cè)單元調(diào)焦位置通過光柵位移傳感器的光柵反饋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同 打靶截面的精確對(duì)準(zhǔn)。所選光柵位移傳感器型號(hào)為海德漢ST1200。測(cè)量范 圍12mm，精度士lnm，光柵輸出數(shù)字信號(hào)，避免了信號(hào)傳輸過程易受干擾的 問題。
權(quán)利要求
1、束靶耦合傳感器，其特征在于它包括上部監(jiān)測(cè)單元、中部監(jiān)測(cè)單元、下部監(jiān)測(cè)單元和調(diào)焦機(jī)構(gòu)；上部監(jiān)測(cè)單元由上路CCD(11)、上顯微物鏡(12)、上激光反射鏡(13)和上環(huán)形LED光源(14)組成；上激光反射鏡(13)的正中間開有圓孔，上顯微物鏡(12)固定在所述圓孔的中心位置，所述上顯微物鏡(12)的光軸垂直于所述上激光反射鏡(13)的反射面，上顯微物鏡(12)的正上方設(shè)置有上路CCD(11)，上環(huán)形LED光源(14)安裝在上激光反射鏡(13)的底部，上路CCD(11)的攝像機(jī)像敏面中心軸、上顯微物鏡(12)的光軸和上環(huán)形LED光源(14)的中心軸都與上縱向縱向聚光軸(1)重合；上激光反射鏡(13)，用于將入射激光反射到上路CCD(11)中；上環(huán)形LED光源(14)，用于照射被測(cè)靶；上顯微物鏡(12)，將被測(cè)靶的圖像投射在上路CCD(11)中；上路CCD(11)，用于采集上激光反射鏡(13)所反射的激光和通過上顯微物鏡(12)所投射出的被測(cè)靶的圖像；下部監(jiān)測(cè)單元由下路CCD(31)、下顯微物鏡(32)、下激光反射鏡(33)和下環(huán)形LED光源(34)組成；下部監(jiān)測(cè)單元的組件連接關(guān)系與上部監(jiān)測(cè)單元的組件連接關(guān)系相同，上部監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元鏡像對(duì)稱，對(duì)稱平面與上縱向聚光軸(1)垂直；上部監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元分別位于所述對(duì)稱平面的上部和下部；中部監(jiān)測(cè)單元由中路CCD(21)和中顯微物鏡(22)組成；中路CCD(21)用于采集中顯微物鏡(22)所投射出的被測(cè)靶的圖像，所述中路CCD(21)的攝像機(jī)像敏面中心軸和中顯微物鏡(22)的光軸都與中部監(jiān)測(cè)單元的橫向聚光軸(2)重合，所述橫向聚光軸(2)在上部監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元的對(duì)稱平面上，并且與上縱向聚光軸(1)相交于中心點(diǎn)(o)；調(diào)焦機(jī)構(gòu)，用于分別調(diào)整上部監(jiān)測(cè)單元、下部監(jiān)測(cè)單元和中部監(jiān)測(cè)單元使被測(cè)靶分別在上路CCD(11)、下路CCD(31)和中路CCD(21)得到清晰成像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的束靶耦合傳感器，其特征在于它還包括上部支 撐架(41)、'下部支撐架(42)和中部監(jiān)測(cè)單元支架(44);上部支撐架(41)、下部支 撐架(42)和中部監(jiān)測(cè)單元支架(44)分別用于固定上監(jiān)測(cè)單元、下監(jiān)測(cè)單元和中部監(jiān)測(cè)單元。
3、 裉據(jù)權(quán)利要求2所述的束靶耦合傳感器，其特征在于調(diào)焦機(jī)構(gòu)由上部 調(diào)焦機(jī)構(gòu)、下部調(diào)焦機(jī)構(gòu)、中部調(diào)焦機(jī)構(gòu)(53)和調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架(43)組成；上 部調(diào)焦機(jī)構(gòu)由上傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(511)、上調(diào)焦真空電機(jī)(512)和上轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(513)組成； 上部調(diào)焦機(jī)構(gòu)用于上下垂直調(diào)節(jié)上部支撐架(41)的位置，下部調(diào)焦機(jī)構(gòu)由下傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)(521)、下調(diào)焦真空電機(jī)(522)和下轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(523)組成；下部調(diào)焦機(jī)構(gòu)用 于上下垂直調(diào)節(jié)下部支撐架(42)的位置，調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架(43)內(nèi)安裝有J;調(diào)焦 真空電機(jī)(512)和下調(diào)焦真空電機(jī)(522);下調(diào)焦真空電機(jī)(522)的驅(qū)動(dòng)軸連接于 調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架(43)下部的下轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(523)，下轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(523)與下傳動(dòng)機(jī)構(gòu) (521)的動(dòng)力輸入齒輪相嚙合，下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(521)的動(dòng)力輸出端安裝在下部支撐 架(42)的延伸平臺(tái)下；上部調(diào)焦機(jī)構(gòu)的組件連接關(guān)系與下部調(diào)焦機(jī)構(gòu)的組件連 接關(guān)系相同；中部調(diào)焦機(jī)構(gòu)(53)在固定中部監(jiān)測(cè)單元上，中部調(diào)焦機(jī)構(gòu)(53)通 過中部監(jiān)測(cè)單元支架(44)連接在上部監(jiān)測(cè)單元上；中部調(diào)焦機(jī)構(gòu)(53)用于左右 水平調(diào)節(jié)中部監(jiān)測(cè)單元的位置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的束靶耦合傳感器，其特征在于下部支撐架(42) 由下路CCD支架(421)、下激光反射鏡支架(422)和下環(huán)形LED支架(423)組成； 下激光反射鏡支架(422)為具有矩形延伸平臺(tái)的圓環(huán)形支架，下激光反射鏡支 架(422)的矩形延伸平臺(tái)為下部支撐架(42)的延伸平臺(tái)，下激光反射鏡(33)嵌放 于下激光反射鏡支架(422)的圓環(huán)內(nèi)，下激光反射鏡支架(422)的下部設(shè)置有用 于固定下路CCD(31)和下顯微物鏡(32)的下路CCD支架(421);下激光反射鏡 支架(422)的上部設(shè)置有用于固定下環(huán)形LED光源(34)的下環(huán)形LED支架 (423)，上部支撐架(41)由上路CCD支架(411)、上激光反射鏡支架(412)和上環(huán) 形LED支架(413)組成；上部支撐架(41)的組件連接關(guān)系與下部支撐架(42)的組 件連接關(guān)系相同。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的束靶耦合傳感器，其特征在于調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架 (43)上還包括兩組滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩組滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的上部?jī)蓚€(gè)上滑動(dòng)體(432)分別固定 在上部支撐架(41)的延伸平臺(tái)兩端上，兩組滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的下部?jī)蓚€(gè)下滑動(dòng)體(433) 分別固定在下部支撐架(42)的延伸平臺(tái)兩端上，調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架(43)朝向監(jiān)測(cè) 單元方向的表面為工作面，兩組滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)滑道(434)分別設(shè)置在調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架(43)的工作面的兩側(cè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的束靶耦合傳感器，其特征在于調(diào)焦機(jī)構(gòu)支撐架 (43)上還包括了兩個(gè)定位標(biāo)志(431)，兩個(gè)定位標(biāo)志(431)的一端分別固定在調(diào)焦 機(jī)構(gòu)支撐架(43)的兩個(gè)側(cè)面上，兩個(gè)定位標(biāo)志(431)的另一端分別開有圓孔，所 述兩個(gè)圓孔的中心軸線交于中心點(diǎn)(o)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的束靶耦合傳感器，其特征在于上傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(511) 和下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(521)采用滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l、 4、 5或6所述的束耙耦合傳感器，其特征在于它還 包括測(cè)距裝置，測(cè)距裝置由上部測(cè)距裝置(61)和下部測(cè)距裝置(62)組成；上部 測(cè)距裝置(61)和下部測(cè)距裝置(62)分別用于測(cè)量上部監(jiān)測(cè)單元和下部監(jiān)測(cè)單元 的位移。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的束靶耦合傳感器，其特征在于測(cè)距裝置采用光 柵位移傳感器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的束靶耦合傳感器，其特征在于激光反射鏡的反 射波長(zhǎng)351nm的模擬光，反射率99.9%。
全文摘要
束靶耦合傳感器，本發(fā)明涉及光電傳感器領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工、裝配難度大，成本高，易產(chǎn)生變形和散射等現(xiàn)象，以及對(duì)于特殊靶不能保證打靶的精度和可靠性的問題。它包括上中下三個(gè)監(jiān)測(cè)單元，每個(gè)單元中包括CCD、顯微物鏡、激光反射鏡和環(huán)形LED光源，用于監(jiān)測(cè)靶的空間位置和姿態(tài)。環(huán)形LED用于實(shí)現(xiàn)對(duì)靶的照明。入射到靶點(diǎn)的激光通過激光反射鏡反射到CCD像面上。CCD上采集的靶的圖像和光點(diǎn)圖像通過圖像。采用真空電機(jī)、滾珠絲杠傳動(dòng)副實(shí)現(xiàn)上下兩路顯微監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)焦，采用電動(dòng)微位移平臺(tái)實(shí)現(xiàn)中路顯微監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)焦。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了精確、快速引導(dǎo)，由于激光不直接打到靶上，光束引導(dǎo)不受靶的影響，對(duì)不同靶的適應(yīng)性提高。
文檔編號(hào)G02B5/08GK101303224SQ20081006487
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者劉國(guó)棟, 劉炳國(guó), 莊志濤, 浦昭邦, 濤 胡, 陳鳳東 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)