專利名稱：大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光表面標(biāo)線儀，特別是一種大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀。
背景技術(shù)：
激光標(biāo)線技術(shù)是光學(xué)結(jié)構(gòu)光技術(shù)的一種。一單模準(zhǔn)直激光束經(jīng)一維擴(kuò)束產(chǎn)生一扇 形平面光束，一維擴(kuò)束的棱鏡可采用鮑威爾棱鏡或拄透鏡，該平面光束傾斜投射于待測表 面，交線為一直線。若表面為一理想平面則交線為理想直線，若表面有偏離平面的缺陷如凸 起、下陷、錯臺或沉降等，則交線很形像而定量地顯示其斷面形貌?，F(xiàn)有的便攜式標(biāo)線儀用于檢測小型構(gòu)件表面的缺陷，也用于檢測紡織布面缺陷從 而進(jìn)行即時質(zhì)量控制。近年來，標(biāo)線斷面技術(shù)已廣泛用于公路的路面單車道的車轍斷面檢 測，但是由于標(biāo)線長度小于一個車道，不能覆蓋一個完整的機(jī)場跑道和普通道路的一個完 整車道。并且在線CCD主動照明路病害攝影檢測技術(shù)采用的陣列帶狀光照明和紅外帶狀激 光照明，存在因帶狀光直線度不好而加大寬度最終不得不提高激光總功率。因此一種大跨 度，高直線度，且寬度可調(diào)的均勻激光標(biāo)線是寬視場表面病害檢測、平面偏差現(xiàn)場顯示與表 面斷面層析技術(shù)的關(guān)鍵。大跨度，是指形成標(biāo)線的扇形角大于90度，即距光源二米視距產(chǎn) 生的標(biāo)線長度大于4米的標(biāo)線稱大跨度標(biāo)線。直線度是指直線的最大偏差與總線長之比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種寬度可調(diào)、具有較高的微偏差的分辨能力的大跨度高 直線度激光表面標(biāo)線儀。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀，包括 標(biāo)線產(chǎn)生系統(tǒng)和標(biāo)線檢測系統(tǒng)，標(biāo)線檢測系統(tǒng)包括高分辨率CCD攝像機(jī)與計算機(jī)；標(biāo)線產(chǎn) 生系統(tǒng)包括單橫模激光器、光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組和一維擴(kuò)束鏡，上述光學(xué)器件共機(jī)械軸與 共光軸；光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組位于單橫模激光器的前方，一維擴(kuò)束鏡位于光束調(diào)焦準(zhǔn)直透 鏡組的前方并設(shè)置在二維平滑微調(diào)架上。光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組包括兩個透鏡，這兩個透鏡 間距可調(diào)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明儀器產(chǎn)生的扇形平面光束和待測 平面相交可得到長度在8米以上、直線度達(dá)萬分之一的標(biāo)線，且標(biāo)線寬度可調(diào)，具有較高的 平面微偏差的分辨能力；2)本發(fā)明可用于任何平面表面的平面度顯示與定量測量，如大面 積的廳堂，廣場，機(jī)場路面，公路和大面積墻面等表面；可用于檢測平面度偏差和三維形貌； 3)本發(fā)明的儀器置于載體車上則可對路面病害形貌、大跨度路面車轍與三維變形進(jìn)行檢 測，對局域表面的檢測精度可達(dá)0. 1毫米，大面積動態(tài)檢測精度可達(dá)0. 5毫米；4)解決了現(xiàn) 有技術(shù)產(chǎn)生較長的標(biāo)線直線度較差，從而嚴(yán)重影響平面偏差測量精度的問題。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


圖1是本發(fā)明的大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀的原理圖。圖2是本發(fā)明的串聯(lián)拄鏡式大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀示意圖。圖3是本發(fā)明的并聯(lián)棱鏡式大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀，包括標(biāo)線產(chǎn)生系統(tǒng)和標(biāo) 線檢測系統(tǒng)，標(biāo)線檢測系統(tǒng)包括高分辨率CXD攝像機(jī)6與計算機(jī)7，用于連續(xù)記錄、定量分 析與檢測表面的狀況；標(biāo)線產(chǎn)生系統(tǒng)包括單橫模激光器1、光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組2和一維擴(kuò) 束鏡3，上述光學(xué)器件共機(jī)械軸與共光軸；光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組2位于單橫模激光器1的前 方，一維擴(kuò)束鏡3位于光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組2的前方并設(shè)置在二維平滑微調(diào)架4上。標(biāo)線 產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生一個扇形平面光束，傾斜投射到待檢的平面上，則得到一寬度可調(diào)的均勻激 光照明帶，其交線形象的顯示了平面的缺陷，標(biāo)線檢測系統(tǒng)檢測到激光照明帶，從而能夠很 好的檢測平面的病害形貌與變形缺陷。上述光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組2包括兩個透鏡，這兩個透鏡間距可調(diào)。兩間距可調(diào)的 透鏡保證輸出準(zhǔn)直光束可于任何測量距離聚焦，在目標(biāo)位置得到充分細(xì)的線寬。本發(fā)明的大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀有兩種不同的實(shí)現(xiàn)方式，一種是串聯(lián)拄 鏡式另一種是并聯(lián)棱鏡式。結(jié)合圖2，本發(fā)明的串聯(lián)拄鏡式大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀還包括一個預(yù)處 理前鏡10，該預(yù)處理前鏡10位于光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組2與一維擴(kuò)束鏡3之間，并與二者共 機(jī)械軸共光軸；一維擴(kuò)束鏡3為一個拄透鏡11，該拄透鏡11與預(yù)處理前鏡10間距可調(diào)。拄 透鏡11夾置在二維平滑微調(diào)架4上，可通過二維平滑微調(diào)架精確調(diào)整光軸，以得到充分長 的高直線度標(biāo)線5。結(jié)合圖3，本發(fā)明的并聯(lián)棱鏡式大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀的一維擴(kuò)束鏡3 為一個鮑威爾棱鏡16，該棱鏡設(shè)置在二維平滑微調(diào)架4上，從而保證擴(kuò)束鏡光軸與光束共 軸且可微調(diào)，以得到高直線度的標(biāo)線。在使用的時候還可以將多套棱鏡相互并聯(lián)，從而形成 大跨度的標(biāo)線5。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述實(shí)施例1本發(fā)明的大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀采用功率為1瓦單橫模532nm激光器， 光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組2由焦距為10毫米的兩透鏡組成，高分辨率CXD攝像機(jī)為2048面陣 (XD，預(yù)處理前鏡10位于光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組2與一維擴(kuò)束鏡3之間，并與二者共機(jī)械軸共 光軸；一維擴(kuò)束鏡3為一個拄透鏡11，拄透鏡11與預(yù)處理前鏡10間距為10 15mm并且 可調(diào)。預(yù)處理前鏡10與拄透鏡11直徑都為5毫米。預(yù)處理前鏡10先將光線進(jìn)行擴(kuò)束，拄 透鏡11使光束進(jìn)一步一維擴(kuò)束從而得到大跨度高直線度激光標(biāo)線。上述裝置安裝于載體車上成為對各種表面如機(jī)場，公路路面進(jìn)行平面偏差，變形 與路面斷面三維層析的設(shè)備。該裝置產(chǎn)生的扇形平面光束和待測平面相交可得到長度在8 米以上、直線度達(dá)萬分之一的標(biāo)線。實(shí)施例2
在同一基板上，并排置多臺獨(dú)立可調(diào)的棱鏡擴(kuò)束激光標(biāo)線單元，每個擴(kuò)束激光標(biāo) 線單元采用功率為1瓦單橫模532nm激光器，光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組2由焦距為5毫米的兩 透鏡組成，高分辨率CXD攝像機(jī)為2048面陣(XD，一維擴(kuò)束鏡3為一個鮑威爾棱鏡16，該棱 鏡設(shè)置在二維平滑微調(diào)架4上。鮑威爾棱鏡16角取85度。激光器發(fā)出的光線經(jīng)過光束調(diào) 焦準(zhǔn)直透鏡組2后再經(jīng)鮑威爾棱鏡形成平面扇形光束。光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組2可以調(diào)節(jié)激 光束焦點(diǎn)位置。光線傾斜橫切照明路面，則得到一寬度可調(diào)的均勻激光照明帶，探測系統(tǒng)采用高 分辨的面陣CXD和計算機(jī)，連續(xù)記錄與定量分析與檢測表面狀況。該裝置安裝于載體車上 則成為對路面病害圖像進(jìn)行高分辨線掃描攝像檢測儀。該裝置產(chǎn)生的扇形平面光束和待測 平面相交可得到長度在8米以上、直線度達(dá)萬分之一的標(biāo)線。
權(quán)利要求
一種大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀，包括標(biāo)線產(chǎn)生系統(tǒng)和標(biāo)線檢測系統(tǒng)，標(biāo)線檢測系統(tǒng)包括高分辨率CCD攝像機(jī)[6]與計算機(jī)[7]；其特征在于，標(biāo)線產(chǎn)生系統(tǒng)包括單橫模激光器[1]、光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組[2]和一維擴(kuò)束鏡[3]，上述光學(xué)器件共機(jī)械軸與共光軸；光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組[2]位于單橫模激光器[1]的前方，一維擴(kuò)束鏡[3]位于光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組[2]的前方并設(shè)置在二維平滑微調(diào)架[4]上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀，其特征在于，光束調(diào)焦準(zhǔn) 直透鏡組[2]包括兩個透鏡，這兩個透鏡間距可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀，其特征在于，標(biāo)線產(chǎn) 生系統(tǒng)還包括一個預(yù)處理前鏡[10]，該預(yù)處理前鏡[10]位于光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組[2]與一 維擴(kuò)束鏡[3]之間，并與二者共機(jī)械軸共光軸；一維擴(kuò)束鏡[3]為一個拄透鏡[11]，拄透鏡 [11]與預(yù)處理前鏡[10]間距可調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀，其特征在于，一維擴(kuò)束 鏡[3]為一個鮑威爾棱鏡[16]。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大跨度高直線度激光表面標(biāo)線儀，包括標(biāo)線產(chǎn)生系統(tǒng)和標(biāo)線檢測系統(tǒng)，標(biāo)線檢測系統(tǒng)包括高分辨率CCD攝像機(jī)與計算機(jī)；標(biāo)線產(chǎn)生系統(tǒng)包括單橫模激光器、光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組和一維擴(kuò)束鏡，上述光學(xué)器件共機(jī)械軸與共光軸；光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組位于單橫模激光器的前方，一維擴(kuò)束鏡位于光束調(diào)焦準(zhǔn)直透鏡組的前方并設(shè)置在二維平滑微調(diào)架上。本發(fā)明的儀器產(chǎn)生的扇形平面光束和待測平面相交可得到長度在8米以上、直線度達(dá)萬分之一的標(biāo)線，且標(biāo)線寬度可調(diào)，具有較高的平面微偏差的分辨能力。可用于任何平面表面的平面度顯示與定量測量，如大面積的廳堂，廣場，機(jī)場路面，公路和大面積墻面等表面。
文檔編號G01B11/30GK101936732SQ20091003193
公開日2011年1月5日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者宋暘, 王娟, 賀安之 申請人:南京理工大學(xué)