申请/专利权人：天津大学

申请日：2017-07-31

公开（公告）日：2023-05-30

公开（公告）号：CN107300383B

主分类号：G01C21/00

分类号：G01C21/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.05.30#授权;2017.11.24#实质审查的生效;2017.10.27#公开

摘要：本发明公开了一种基于透反棱镜的激光光路耦合系统，包括设置在壳体上的光路出射窗口和电源及数据线通孔，壳体内安装固定有绿色十字激光发生器、红外激光测距仪、平面反射镜和透反棱镜；绿色十字激光发生器与壳体固定底座的轴线方向平行，红外激光测距仪发射的红外测距光线投射至透反棱镜；平面反射镜与固定底座的轴线方向垂直、且与绿色十字激光发生器的轴线成45°夹角，绿色十字激光发生器发射的绿色十字激光线经平面反射镜反射前后光束垂直，经平面反射镜反射后的绿色十字激光线投射至透反棱镜；经过透反棱镜的绿色十字激光线与红外测距光线重合。本发明可用于为动态环境中待测目标的实时位姿测量提供光学位姿测量基准。

主权项：1.一种基于透反棱镜的激光光路耦合系统，包括由固定底座11和封装外壳22构成的壳体，其特征在于：所述壳体的一侧设有光路出射窗口23，所述壳体的另一侧设有电源及数据线通孔10，所述壳体内设有激光器固定槽、透反镜固定槽、红外测距仪安装部和平面反射镜固定槽；所述激光器固定槽与所述固定底座11的轴线方向平行，所述激光器固定槽内安装有绿色十字激光发生器12；所述透反镜固定槽内设有透反棱镜14，所述透反棱镜14采用光学镀膜工艺实现对红外激光测距仪光线的全透性和对所述绿色十字激光发生器12发射的绿色十字激光线的全反性；所述红外测距仪安装部固定有红外激光测距仪15，所述红外激光测距仪15发射的红外测距光线投射至所述透反棱镜14；所述平面反射镜固定槽与所述固定底座11的轴线方向垂直、且与激光器菱形槽的轴线成45°夹角，所述平面反射镜固定槽内固定有平面反射镜13，所述绿色十字激光发生器12发射的绿色十字激光线经所述平面反射镜13反射前后光束垂直，经所述平面反射镜13反射后的绿色十字激光线投射至所述透反棱镜14；经过所述透反棱镜14的绿色十字激光线与红外测距光线重合。

全文数据：一种基于透反棱镜的激光光路耦合系统技术领域[0001]本发明涉及一种用于动态位姿测量的位姿基准发射及传递系统，可用于为动态环境中待测目标的实时位姿测量提供光学位姿测量基准。背景技术[0002]位姿测量是几何量计量的重要内容，包括三维角度测量和三维位置测量，广泛应用于精密加工制造、航天航空、军事及通信等领域，其中动态位姿的实时在线测量技术越来越受到重视。目前常用的动态位姿测量方法存在着系统复杂、关键设备加工难度较大、光路装调难度大、测量精度与量程相互制约等问题，且无法适应室外强光、潮湿以及震动等恶劣环境。本发明涉及的动态位姿测量的位姿基准发射及传递系统，可用于为动态环境中待测目标的实时位姿测量提供光学位姿测量基准，结合动态位姿测量系统，可用于动态环境中待测目标的实时位姿精确测量，弥补了现有技术的不足。发明内容[0003]针对上述现有技术中在解决动态位姿实时测量技术中的不足，本发明提供一种基于透反棱镜的激光光路耦合系统，可用于为动态环境中待测目标的实时位姿测量提供光学位姿测量基准，结合动态位姿测量系统，可实现动态环境中待测目标的实时位姿精确测量。[0004]为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于透反棱镜的激光光路耦合系统，包括由固定底座和封装外壳构成的壳体;所述壳体的一侧设有光路出射窗口，所述壳体的另一侧设有电源及数据线通孔，所述壳体内设有激光器固定槽、透反镜固定槽、红外测距仪安装部和平面反射镜固定槽;所述激光器固定槽与所述固定底座的轴线方向平行，所述激光器固定槽内安装有绿色十字激光发生器;所述透反镜固定槽内设有透反棱镜，所述透反棱镜采用光学镀膜工艺实现对红外激光测距仪光线的全透性和对所述绿色十字激光发生器发射的绿色十字激光线的全反性;所述红外测距仪安装部固定有红外激光测距仪，所述红外激光测距仪发射的红外测距光线投射至所述透反棱镜;所述平面反射镜固定槽与所述固定底座的轴线方向垂直、且与所述激光器菱形槽的轴线成45°夹角，所述平面反射镜固定槽内固定有平面反射镜，所述绿色十字激光发生器发射的绿色十字激光线经所述平面反射镜反射前后光束垂直，经所述平面反射镜反射后的绿色十字激光线投射至所述透反棱镜；经过所述透反棱镜的绿色十字激光线与红外测距光线重合。[0005]进一步讲，本发明中，所述透反棱镜采用光学镀膜工艺是，在该透反棱镜的半透面上涂覆有532nm带阻滤光膜。[0006]所述固定底座设有法兰用以作为与动态测量环境之外的不动点测量基准相连接。[0007]所述封装外壳的内部结构与所述固定底座的内部结构对称，所述封装外壳与所述固定底座扣合后通过螺栓连接成壳体，所述封装外壳和所述固定底座的材质为不透光材质。[0008]所述激光器固定槽由设置在所述固定底座内的激光器下V型槽和设置在所述封装外壳内的激光器上V型槽构成，所述激光器下V型槽和所述激光器上V型槽上下对称。[0009]所述红外测距仪安装部有设置在所述固定底座内的红外测距仪固定台和设置在所述封装外壳内的红外测距仪容纳槽构成。[0010]所述平面反射镜固定槽由上下对称的设置在所述固定底座内的平面镜下固定槽和设置在所述封装外壳内的平面镜上固定槽构成，所述平面镜下固定槽和所述平面镜上固定槽上下对称。[0011]所述透反射镜固定槽由上下对称的设置在所述固定底座内的透反镜下固定槽和设置在所述封装外壳内的透反镜上固定槽构成，所述透反镜下固定槽和所述透反镜上固定槽上下对称。[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0013]本发明以检测环境外的不动点为检测基准，可以测量动态环境中（如震动、挠曲变形下）测量目标相对于不动点的实时位姿信息，适用于震动环境中物体位姿的测量。本发明结构简单，操作方便，光路易调，安装方便。本发明系统，体积小，质量轻，便与搬迀，节省空间。附图说明[0014]图1是本发明中固定底座示意图；[0015]图2是本发明中固定底座内器件的安装示意图；[0016]图3是本发明中封装外壳示意图；[0017]图4是本发明中封装外壳与固定底座扣合后整体外形示意图。[0018]图中：[0019]1-激光器下V型槽，2-平面镜下固定槽，3-透反镜下固定槽，4-光路出射窗口下部槽，5-法兰，6-红外测距仪螺纹固定孔，7-红外测距仪固定台，8.法兰柱形沉头孔，9-封装固定螺纹孔，10-电源及数据线通孔，11-固定底座，12.绿色十字激光发生器，13-平面反射镜，14-透反棱镜，15-红外激光测距伩，16-柱形沉头孔，17-激光器上V型槽，18-平面镜上固定槽，19-光路出射窗口上部槽，20-透反镜上固定槽，21-红外测距仪容纳槽，22-封装外壳，23-光路出射窗口。具体实施方式[0020]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。[0021]本发明提出的一种基于透反棱镜的激光光路耦合系统，包括固定底座^和封装外壳22,封装外壳22用于与固定底座11联接，从而构成一壳体，对内部各器件起到防尘、遮光及保护作用。所述壳体内设有绿色十字激光发生器12、透反棱镜14、平面反射镜13和红外激光测距仪15。其中，所述绿色十字激光发生器12可产生十字激光线，为位姿测量提供三维角度基准;所述平面反射镜13用于反射绿色十字激光发生器12所产生的十字激光线，使反射前后光线垂直，保证绿色十字激光发生器12可沿固定底座11的轴向放置;红外激光测距仪I5用于测量被测目标距测量基准的距离;透反棱镜14用于耦合红外激光测距光束与绿色十字激光线光束，保证红外测距光束与十字光线交点中心重合。[0022]本发明一种基于透反棱镜的激光光路耦合系统的具体结构是，所述固定底座11和封装外壳22构成的一用于安装各器件的壳体，如图4所示，所述封装外壳22的内部结构与所述固定底座11的内部结构对称，如图1所示，所述固定底座11上设有多个封装固定螺纹孔9，如图3所示，所述封装外壳22上设有数量和位置均与所述封装固定螺纹孔9一一对应的柱形沉头孔16,所述封装外壳22与所述固定底座11扣合后通过螺栓连接成壳体，所述固定底座11上设有法兰5用以作为与动态测量环境之外的不动点测量基准相连接的联接板，通过法兰柱形沉头孔连接固定到不动基准处。[0023]所述封装外壳22和所述固定底座11的材质均为不透光材质，所述封装外壳22通过设置在法兰5上的柱形沉头孔8与固定底座11相连，起到防尘遮光的作用。所述壳体内设有激光器固定槽、透反镜固定槽、红外测距仪安装部和平面反射镜固定槽。[0024]所述壳体的一侧设有光路出射窗口23,该光路出射窗口23由设置在固定底座11上的光路出射窗口下部槽4和设置在封装外壳22上的光路出射窗口上部槽19构成，光路出射窗口下部槽4和光路出射窗口上部槽19上下对称，所述封装外壳22和所述固定底座11扣合后形成了该光路出射窗口23,为最终的耦合光线提供出射口，保证光束的通透性，从而将位姿基准传递到被测点附近。[0025]所述壳体的另一侧设有电源及数据线通孔10,所述电源及数据线通孔10用以通过所述绿色十字激光发生器12和所述红外测距仪15的电源及数据线。[0026]如图1和图3所示，所述激光器固定槽由设置在所述固定底座11内的激光器下V型槽1和设置在所述封装外壳22内的激光器上V型槽17构成，所述激光器下V型槽1和所述激光器下V型槽17上下对称。如图2所示，所述激光器固定槽与所述固定底座11的轴线方向平行，所述绿色十字激光发生器12放置在所述激光器下V型槽1内，所述封装外壳22和所述固定底座11扣合后，通过所述激光器上V型槽17配合压紧，从而绿色十字激光发生器12固定。[0027]如图1和图3所示，所述透反射镜固定槽由上下对称的设置在所述固定底座11内的透反镜下固定槽3和设置在所述封装外壳22内的透反镜上固定槽20构成，所述透反镜下固定槽3和所述透反镜上固定槽20上下对称。所述透反棱镜14设置在所述透反镜固定槽内，所述透反棱镜14采用光学镀膜工艺，即在该透反棱镜14的半透面上涂覆有532nm带阻滤光膜，以实现对红外激光测距仪光线的全透性和对所述绿色十字激光发生器12发射的绿色十字激光线的全反性。[0028]如图1和图3所示，所述红外测距仪安装部有设置在所述固定底座11内的红外测距仪固定台7和设置在所述封装外壳22内的红外测距仪容纳槽21构成。如图2所示，所述红外激光测距仪15固定在所述红外测距仪安装部处，通过红外测距仪螺纹固定孔6固定，所述红外激光测距仪15发射的红外测距光线投射至所述透反棱镜14。[0029]如图1和图3所示，所述平面反射镜固定槽由上下对称的设置在所述固定底座11内的平面镜下固定槽2和设置在所述封装外壳22内的平面镜上固定槽18构成，所述平面镜下固定槽2和所述平面镜上固定槽18上下对称。所述平面反射镜固定槽与所述固定底座11的轴线方向垂直、且与所述激光器菱形槽的轴线成45°夹角，所述平面反射镜I3固定在所述平面反射镜固定槽内，并保证所述绿色十字激光发生器12发射的绿色十字激光线经所述平面反射镜13反射前后光束垂直，经所述平面反射镜I3反射后的绿色十字激光线投射至所述透反棱镜14。[0030]本发明中所述透反棱镜14可以通过参数设计保证经过所述透反棱镜14的绿色十字激光线与红外测距光线重合。[0031]通过上述结合实验附图对本发明进行了描述，但以上具体实施案例仅仅是部分实验，并不是用来限制本发明的实施范围。本领域的相关技术人员依据本发明或不脱离本发明宗旨的情况下，所进行的等效变形和相关修饰，这些都在本发明的保护之内。

权利要求：1.一种基于透反棱镜的激光光路耦合系统，包括由固定底座（1D和封装外壳22构成的壳体，其特征在于：所述壳体的一侧设有光路出射窗口（23，所述壳体的另一侧设有电源及数据线通孔10，所述壳体内设有激光器固定槽、透反镜固定槽、红外测距仪安装部和平面反射镜固定槽；所述激光器固定槽与所述固定底座（11的轴线方向平行，所述激光器固定槽内安装有绿色十字激光发生器12;所述透反镜固定槽内设有透反棱镜（14，所述透反棱镜（14采用光学镀膜工艺实现对红外激光测距仪光线的全透性和对所述绿色十字激光发生器（12发射的绿色十字激光线的全反性；所述红外测距仪安装部固定有红外激光测距仪（15，所述红外激光测距仪15发射的红外测距光线投射至所述透反棱镜14;所述平面反射镜固定槽与所述固定底座（11的轴线方向垂直、且与所述激光器菱形槽的轴线成45°夹角，所述平面反射镜固定槽内固定有平面反射镜（13，所述绿色十字激光发生器12发射的绿色十字激光线经所述平面反射镜（13反射前后光束垂直，经所述平面反射镜13反射后的绿色十字激光线投射至所述透反棱镜14;经过所述透反棱镜（14的绿色十字激光线与红外测距光线重合。2.根据权利要求1所述基于透反棱镜的激光光路耦合系统，其特征在于，所述透反棱镜14采用光学镀膜工艺是，在该透反棱镜14的半透面上涂覆有532nm带阻滤光膜。3.根据权利要求1所述基于透反棱镜的激光光路耦合系统，其特征在于，所述固定底座11设有法兰5用以作为与动态测量环境之外的不动点测量基准相连接。4.根据权利要求1所述基于透反棱镜的激光光路耦合系统，其特征在于，所述封装外壳22的内部结构与所述固定底座11的内部结构对称，所述封装外壳22与所述固定底座11扣合后通过螺栓连接成壳体，所述封装外壳22和所述固定底座（11的材质为不透光材质。5.根据权利要求4所述基于透反棱镜的激光光路耦合系统，其特征在于，所述激光器固定槽由设置在所述固定底座（11内的激光器下V型槽（1和设置在所述封装外壳22内的激光器上V型槽17构成，所述激光器下V型槽（1和所述激光器上V型槽（17上下对称。6.根据权利要求4所述基于透反棱镜的激光光路耦合系统，其特征在于，所述红外测距仪安装部有设置在所述固定底座（11内的红外测距仪固定台（7和设置在所述封装外壳22内的红外测距仪容纳槽21构成。7.根据权利要求4所述基于透反棱镜的激光光路稱合系统，其特征在于，所述平面反射镜固定槽由设置在所述固定底座（11内的平面镜下固定槽和设置在所述封装外壳22内的平面镜上固定槽18构成，所述平面镜下固定槽2和所述平面镜上固定槽（18上下对称。8.根据权利要求4所述基于透反棱镜的激光光路稱合系统，其特征在于，所述透反射镜固定槽由设置在所述固定底座（11内的透反镜下固定槽3和设置在所述封装外壳22内的透反镜上固定槽20构成，所述透反镜下固定槽3和所述透反镜上固定槽20上下对称。

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