本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于路徑時(shí)間的激光角度校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
激光具有亮度高、方向性好、單色性好、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、精密測(cè)量和探測(cè)、通訊和信息處理、醫(yī)療、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。人們利用激光可以對(duì)材料進(jìn)行加工，在疾病治療中進(jìn)行精細(xì)化的處理等。
隨著社會(huì)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于激光器性能的要求也越來(lái)越高，如果可以精細(xì)化的對(duì)激光進(jìn)行操作，則可以在實(shí)際應(yīng)用中更加有針對(duì)性的對(duì)目標(biāo)進(jìn)行操作。目前，激光的方向可以通過(guò)改變發(fā)射方向的角度來(lái)調(diào)整，然而這種調(diào)整方式大多依賴(lài)于激光器自身的硬件及其精密程度，對(duì)于激光方向的操作也局限于通過(guò)激光器自身調(diào)整后改變光束的發(fā)射角度，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)光束實(shí)際的發(fā)射角度進(jìn)行校準(zhǔn)，并反作用于激光器自身的校準(zhǔn)，因此校準(zhǔn)精度低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠針對(duì)激光器發(fā)射光束的角度測(cè)量來(lái)對(duì)激光器進(jìn)行校準(zhǔn)，從而提高激光器發(fā)射角度的精確性的基于路徑時(shí)間的激光角度校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。
本發(fā)明提供了一種基于路徑時(shí)間的激光角度校準(zhǔn)裝置，包括在激光光路方向上依次設(shè)置的激光器、光闌和校準(zhǔn)儀：
校準(zhǔn)儀的第一、二、三、四側(cè)板圍成具有中空腔的矩形結(jié)構(gòu)，其中第一、三側(cè)板相對(duì)且設(shè)置于與激光光路垂直的方向上，第二、四側(cè)板相對(duì)且設(shè)置于與激光光路平行的方向上；第一側(cè)板中心位置具有孔徑為A的開(kāi)口，相對(duì)設(shè)置的第三側(cè)板的內(nèi)側(cè)設(shè)置有孔徑大于開(kāi)口孔徑的凸面鏡，凸面鏡的曲面半徑為定值；
光闌具有孔徑B，激光器發(fā)射的激光光束的偏轉(zhuǎn)角滿(mǎn)足一定的角度范圍，使得在角度范圍內(nèi)激光光束能夠通過(guò)光闌(即使激光光束具有一定的偏轉(zhuǎn)角度也可通過(guò))；
第一、第二、第四側(cè)板的內(nèi)側(cè)都設(shè)置有標(biāo)尺和所述對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)感應(yīng)器，計(jì)時(shí)感應(yīng)器具有計(jì)時(shí)單元和啟動(dòng)單元，當(dāng)感應(yīng)到激光光束時(shí)將時(shí)間信息發(fā)送至控制器；
控制器收到時(shí)間信息后確定出此時(shí)激光器發(fā)射的激光光束的偏轉(zhuǎn)角并實(shí)時(shí)顯示。
其中，激光器為氣體、液體、固體或半導(dǎo)體激光器。
其中，第一、第二、第四側(cè)板的外側(cè)設(shè)置有與標(biāo)尺刻度對(duì)應(yīng)的指示器。
其中，控制器收到時(shí)間信息后利用到達(dá)時(shí)間的方式確定出凸面鏡到第一側(cè)板的光束路徑時(shí)間和第一側(cè)板到第二或第四側(cè)板的路徑時(shí)間。
本發(fā)明還提供了一種利用基于路徑時(shí)間的激光角度校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)方法，依次包括如下步驟：
(1)控制激光器發(fā)射沒(méi)有角度偏轉(zhuǎn)的平行激光光束，使得激光光束通過(guò)光闌后照射至凸面鏡的中心，如果凸面鏡處啟動(dòng)感應(yīng)器沒(méi)有感應(yīng)到激光光束，不發(fā)出啟動(dòng)命令，進(jìn)入步驟(2)；
(2)通過(guò)激光器的角度調(diào)整裝置使得發(fā)射的激光光束具有第一角度，使得激光光束通過(guò)光闌后照射至凸面鏡；
(3)凸面鏡處的啟動(dòng)感應(yīng)器感應(yīng)到激光光束，發(fā)送啟動(dòng)命令至至第一側(cè)板處的計(jì)時(shí)感應(yīng)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)激光光束經(jīng)凸面鏡發(fā)射后，以第一測(cè)量角發(fā)射至第一側(cè)板
(4)第一側(cè)板上的第一計(jì)時(shí)感應(yīng)器感應(yīng)到激光光束的第一感應(yīng)位置時(shí)，發(fā)送此時(shí)間至控制器，同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)命令至第二或第三側(cè)板處的第二或第三計(jì)時(shí)感應(yīng)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，并且對(duì)應(yīng)刻度的指示器發(fā)光；
(5)激光光束經(jīng)第一側(cè)板發(fā)射后，以第二測(cè)量角發(fā)射至第二或第四側(cè)板，第二或四側(cè)板上的第二或第四計(jì)時(shí)感應(yīng)器感應(yīng)到激光光束的第二或第三感應(yīng)位置時(shí)，發(fā)送此時(shí)間至控制器，并且對(duì)應(yīng)刻度的指示器發(fā)光；
(6)控制器利用到達(dá)時(shí)間的方式確定出凸面鏡到第一側(cè)板的光束路徑時(shí)間和第一側(cè)板到第二或第四側(cè)板的路徑時(shí)間，將第一路徑時(shí)間對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角和第二或第三路徑對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，如果偏轉(zhuǎn)角相同，則將此偏轉(zhuǎn)角作為校準(zhǔn)角，如果不同則重復(fù)步驟(2)-(5)；
(7)利用校準(zhǔn)角對(duì)角度調(diào)整裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，使得調(diào)整后的角度調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)與第一角度對(duì)應(yīng)；
(8)通過(guò)激光器的角度調(diào)整裝置使得發(fā)射的激光光束具有第二角度，重復(fù)步驟(2)-(6)，利用第二角度對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)角對(duì)角度調(diào)整裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，使得調(diào)整后的角度調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)與第二角度對(duì)應(yīng)，校準(zhǔn)完畢。
本發(fā)明的基于路徑時(shí)間的激光角度校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)激光器發(fā)射光束的角度測(cè)量來(lái)對(duì)激光器進(jìn)行校準(zhǔn)，從而提高激光器發(fā)射角度的精確性，并且直觀的指示出對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)角度，和激光器設(shè)置的偏轉(zhuǎn)角直觀對(duì)比，更加便捷。
附圖說(shuō)明
圖1為基于路徑時(shí)間的激光角度校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施，有必要在此指出的是，以下實(shí)施只是用于本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍然屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明提供了一種基于路徑時(shí)間的激光角度校準(zhǔn)裝置及其方法，如圖1所示，基于路徑時(shí)間的激光角度校準(zhǔn)裝置包括在激光光路方向上依次設(shè)置的激光器1、光闌和校準(zhǔn)儀2，其中校準(zhǔn)儀2的結(jié)構(gòu)如圖1所示，校準(zhǔn)儀的第一、二、三、四側(cè)板圍成具有中空腔的矩形結(jié)構(gòu)，其中第一、三側(cè)板相對(duì)且設(shè)置于與激光光路垂直的方向上，第二、四側(cè)板相對(duì)且設(shè)置于與激光光路平行的方向上；第一側(cè)板中心位置具有一孔徑為A的開(kāi)口，相對(duì)設(shè)置的第三側(cè)板的內(nèi)側(cè)設(shè)置有孔徑大于開(kāi)口孔徑的凸面鏡3，激光器發(fā)射的激光光束經(jīng)光闌后通過(guò)開(kāi)口，然后照射于凸面鏡3上，凸面鏡3將光束反射后照射于第一側(cè)板上，經(jīng)第一側(cè)板反射后再照射于第二或第四側(cè)板上；光闌具有孔徑B，其設(shè)置可以將濾除背景雜光的同時(shí)，保證激光器發(fā)射的激光束能夠通過(guò)(即使激光光束具有一定的偏轉(zhuǎn)角度)，并且激光器發(fā)射的激光光束的偏轉(zhuǎn)角滿(mǎn)足一定的角度范圍，經(jīng)過(guò)光闌后的激光光束如果沒(méi)有偏轉(zhuǎn)角度，并且直接照射至凸面鏡3的中心位置，則激光光束按照原路徑返回，在校準(zhǔn)的過(guò)程中，通過(guò)激光器自身的發(fā)射光束角度校正裝置來(lái)調(diào)整激光器的激光發(fā)射角度，從而改變激光器的激光光束的發(fā)射角度，激光光束通過(guò)光闌后照射到凸面鏡3上，經(jīng)反射后就會(huì)改變光束路徑后照射到第一側(cè)板上。
校準(zhǔn)儀2的結(jié)構(gòu)是固定設(shè)計(jì)的，凸面鏡3的曲面半徑也是設(shè)計(jì)后的定值，因此以一定角度照射到凸面鏡3的激光光束會(huì)以固定的角度反射，因?yàn)樾?zhǔn)儀2的結(jié)構(gòu)固定，所以在中空腔內(nèi)凸面鏡3到第一側(cè)板和第一側(cè)板到第二或第四側(cè)板的路徑也是固定的，路徑的長(zhǎng)度也是固定的，并且第一側(cè)板和第二或第四側(cè)板的反射點(diǎn)也是固定的，因此通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)，將校準(zhǔn)儀事先進(jìn)行定標(biāo)，利用定標(biāo)后的結(jié)構(gòu)和光路角度和長(zhǎng)度關(guān)系就可以得到激光器的光束的偏轉(zhuǎn)角，從而通過(guò)偏轉(zhuǎn)角的值，來(lái)校準(zhǔn)激光器自身的角度調(diào)整裝置，從而實(shí)現(xiàn)激光器的校準(zhǔn)。
如圖1所示，在具體的實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常的做法是直接感應(yīng)光束的感光位置，從而通過(guò)已經(jīng)進(jìn)行了標(biāo)定的感光位置和偏轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，直接得到校正的偏轉(zhuǎn)角度，然而這種方式也存在其自身的缺點(diǎn)，例如當(dāng)光束光斑比較大時(shí)，對(duì)于感光位置的準(zhǔn)確位置存在難度，因此本發(fā)明基于到達(dá)時(shí)間的方式，直接測(cè)量光束的路徑到達(dá)時(shí)間，從而準(zhǔn)確的得到路徑距離，通過(guò)固定的標(biāo)定距離和實(shí)測(cè)的路徑距離進(jìn)行比較，從而得到對(duì)應(yīng)的校正的偏轉(zhuǎn)角度。
因此，第一、第二、第四側(cè)板的內(nèi)側(cè)都設(shè)置有標(biāo)尺和對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)感應(yīng)器，計(jì)時(shí)感應(yīng)器具有計(jì)時(shí)單元和啟動(dòng)單元，在凸面鏡的位置設(shè)置有啟動(dòng)感應(yīng)器，用于當(dāng)光束照射到凸面鏡的鏡面時(shí)，啟動(dòng)第一側(cè)板處的計(jì)時(shí)感應(yīng)器，當(dāng)?shù)谝粋?cè)板處的計(jì)時(shí)感應(yīng)器感應(yīng)到光束照射到第一側(cè)板面時(shí)，啟動(dòng)第二或第四側(cè)板處的計(jì)時(shí)感應(yīng)器；當(dāng)?shù)谝?、第二、第四?cè)板的計(jì)時(shí)感應(yīng)器感應(yīng)到激光光束時(shí)將此時(shí)間發(fā)送至控制器(圖中未示出)，控制器收到時(shí)間信息后利用到達(dá)時(shí)間的方式確定出凸面鏡到第一側(cè)板的光束路徑時(shí)間和第一側(cè)板到第二或第四側(cè)板的路徑時(shí)間，從而通過(guò)不同的路徑時(shí)間得到對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)的偏轉(zhuǎn)角度，控制器端還將偏轉(zhuǎn)角度實(shí)時(shí)顯示，此外第一、第二、第四側(cè)板的外側(cè)設(shè)置有與標(biāo)尺刻度對(duì)應(yīng)的指示器，在校準(zhǔn)的過(guò)程中，計(jì)時(shí)感應(yīng)器感應(yīng)到激光光束的同時(shí)，對(duì)應(yīng)標(biāo)尺刻度的指示器發(fā)光，從而可以直觀的讀出相對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角，從而與激光器調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)進(jìn)行比較，通過(guò)校準(zhǔn)調(diào)整裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)激光器的校準(zhǔn)。
本發(fā)明提供了一種利用基于路徑時(shí)間的激光角度校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)方法，依次包括如下步驟：
(1)控制激光器發(fā)射沒(méi)有角度偏轉(zhuǎn)的平行激光光束，使得激光光束通過(guò)光闌后照射至凸面鏡的中心，如果凸面鏡處啟動(dòng)感應(yīng)器沒(méi)有感應(yīng)到激光光束，不發(fā)出啟動(dòng)命令，進(jìn)入步驟(2)；
(2)通過(guò)激光器的角度調(diào)整裝置使得發(fā)射的激光光束具有第一角度，使得激光光束通過(guò)光闌后照射至凸面鏡；
(3)凸面鏡處的啟動(dòng)感應(yīng)器感應(yīng)到激光光束，發(fā)送啟動(dòng)命令至至第一側(cè)板處的計(jì)時(shí)感應(yīng)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)激光光束經(jīng)凸面鏡發(fā)射后，以第一測(cè)量角發(fā)射至第一側(cè)板
(4)第一側(cè)板上的第一計(jì)時(shí)感應(yīng)器感應(yīng)到激光光束的第一感應(yīng)位置時(shí)，發(fā)送此時(shí)間至控制器，同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)命令至第二或第三側(cè)板處的第二或第三計(jì)時(shí)感應(yīng)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，并且對(duì)應(yīng)刻度的指示器發(fā)光；
(5)激光光束經(jīng)第一側(cè)板發(fā)射后，以第二測(cè)量角發(fā)射至第二或第四側(cè)板，第二或四側(cè)板上的第二或第四計(jì)時(shí)感應(yīng)器感應(yīng)到激光光束的第二或第三感應(yīng)位置時(shí)，發(fā)送此時(shí)間至控制器，并且對(duì)應(yīng)刻度的指示器發(fā)光；
(6)控制器利用到達(dá)時(shí)間的方式確定出凸面鏡到第一側(cè)板的光束路徑時(shí)間和第一側(cè)板到第二或第四側(cè)板的路徑時(shí)間，將第一路徑時(shí)間對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角和第二或第三路徑對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，如果偏轉(zhuǎn)角相同，則將此偏轉(zhuǎn)角作為校準(zhǔn)角，如果不同則重復(fù)步驟(2)-(5)；
(7)利用校準(zhǔn)角對(duì)角度調(diào)整裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，使得調(diào)整后的角度調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)與第一角度對(duì)應(yīng)；
(8)通過(guò)激光器的角度調(diào)整裝置使得發(fā)射的激光光束具有第二角度，重復(fù)步驟(2)-(6)，利用第二角度對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)角對(duì)角度調(diào)整裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，使得調(diào)整后的角度調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)與第二角度對(duì)應(yīng)，校準(zhǔn)完畢。
此外需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中的設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征可以通過(guò)直接或間接設(shè)置、測(cè)量的方式獲取，本發(fā)明是在合理的預(yù)期下完成，任何不適用的參數(shù)、公式、方案都應(yīng)排除。
盡管為了說(shuō)明的目的，已描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，不脫離所附權(quán)利要求中公開(kāi)的發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種修改、添加和替換等的改變，而所有這些改變都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍，并且本發(fā)明要求保護(hù)的產(chǎn)品各個(gè)部門(mén)和方法中的各個(gè)步驟，可以以任意組合的形式組合在一起。因此，對(duì)本發(fā)明中所公開(kāi)的實(shí)施方式的描述并非為了限制本發(fā)明的范圍，而是用于描述本發(fā)明。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍不受以上實(shí)施方式的限制，而是由權(quán)利要求或其等同物進(jìn)行限定。