利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置及方法，该装置包括发射模块及与发射模块同轴设置的接收模块；发射模块包括旋转电机、安装于旋转电机上的轴角编码器和指示光栅、光源及基准光管；光源用于将光线投射至指示光栅，且光线经指示光栅后投射至基准光管；接收模块包括自靠近发射模块向远离发射模块方向依次设置的待测光管、标尺光栅及成像器件；投射至基准光管的光线依次经过待测光管及标尺光栅后投射至成像器件。本发明专利技术结合轴角编码器和焦距对光栅图像的缩放原理，通过旋转电机，获得不同测量图像，最后利用莫尔条纹解算出平行光管焦距，能够有效避免人眼观察对准引入的随机误差，从而有效提高测量精度。

Focal Length Measuring Device and Method of Parallel Light Tube Based on Moire Fringe Amplification

The present invention relates to a collimator focal length measuring device and method utilizing moire fringe amplification, which includes a transmitting module and a receiving module coaxially arranged with the transmitting module; a transmitting module includes a rotary motor, an angular encoder mounted on the rotary motor, an indicator grating, a light source and a reference light tube; a light source is used to project light to the indicator grating, and the light rays pass through the indicator grating. After displaying the grating, it is projected to the reference light tube; the receiving module includes the light tube to be measured, the scale grating and the imaging device arranged in turn from near the transmitting module to far away from the transmitting module; and the light rays projected to the reference light tube are projected to the imaging device after passing through the light tube to be measured and the scale grating in turn. The method combines the zooming principle of grating image by shaft encoder and focal length, obtains different measuring images by rotating motor, and finally calculates the focal length of the collimator by using Moire fringes, which can effectively avoid the random error introduced by eye observation and alignment, thereby effectively improving the measuring accuracy.

【技术实现步骤摘要】
利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置及方法
本专利技术涉及平行光管
，特别是涉及一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置及方法。
技术介绍
平行光管在自准直测角等各种光电测量领域得到了广泛应用，是一种非常基本的光学仪器。平行光管是由一组透镜组成，根据几何光学成像原理，无限远处的物体经过透镜后将成像在焦平面上；反之，从透镜焦平面上发出的光线经透镜后成为平行光。焦距是平行光管最基本的光学参数，该值的准确与否对测量精度至关重要。目前主流的方式是根据光学放大倍率方法来测量焦距。其依靠手动操作观察目视光学系统中玻罗板上的标志线，去对齐测量目标，完成被测目标的初始对准和基准设置，然后通过读取显微镜上的刻度，根据光学放大公式计算焦距。传统的依据光学放大倍率方法的操作虽然简洁，但是受到人眼观察的影响，在每次手动刻度对准的过程中都存在随机误差，使得每次测量结果差异较大。而且在多次测量中，由于设备移动导致的基准误差都难以克服。因此在每次测量中难以获得真值，在成批量的平行光管测量时，难以保证每个光管的测量精度，并且效率较低。
技术实现思路
基于此，针对上述问题，有必要提供一种能有效避免人眼观察对准引入的随机误差，从而有效提高测量精度的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置及方法。本专利技术提供一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，包括发射模块及与发射模块同轴设置的接收模块；所述发射模块包括旋转电机、安装于旋转电机上的轴角编码器和指示光栅、光源及基准光管；所述电机用于带动所述轴角编码器和所述指示光栅转动；所述指示光栅位于所述基准光管的焦平面且位于所述光源及所述基准光管之间；所述光源用于将光线投射至所述指示光栅，且光线经所述指示光栅后投射至所述基准光管；所述接收模块包括自靠近发射模块向远离发射模块方向依次设置的待测光管、标尺光栅及成像器件；投射至所述基准光管的光线依次经过所述待测光管及所述标尺光栅后投射至所述成像器件。本专利技术还提供一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量方法，包括以下步骤：提供一个包括旋转电机、安装于所述旋转电机上的轴角编码器和指示光栅、光源及基准光管的发射模块，且所述指示光栅位于所述基准光管的焦平面且位于所述光源及所述基准光管之间；提供一个包括自靠近发射模块向远离所述发射模块方向依次设置的待测光管、标尺光栅及成像器件的接收模块；将所述发射模块与所述接收模块同轴设置；将所述光源发出的光线投射至所述指示光栅，且光线经所述指示光栅后投射至所述基准光管，投射至所述基准光管的光线依次经过所述待测光管及所述标尺光栅后投射到所述成像器件；通过所述旋转电机带动所述指示光栅及所述轴角编码器旋转，并通过所述轴角编码器记录指示光栅的旋转角度，在所述成像器件上形成所述指示光栅及所述标尺光栅的莫尔条纹图像；根据所述旋转角度、所述指示光栅及所述标尺光栅的栅距计算莫尔条纹的宽度，并且进一步根据莫尔条纹的宽度、所述指示光栅及所述标尺光栅的栅距、所述旋转角度及所述基准光管的焦距计算所述待测光管的焦距。本专利技术可以通过旋转电机带动指示光栅及轴角编码器旋转，并由轴角编码器记录指示光栅的旋转角度，在成像器件上形成指示光栅及标尺光栅的莫尔条纹图像；进一步根据旋转角度、指示光栅及标尺光栅的栅距计算莫尔条纹的宽度，并且进一步根据莫尔条纹的宽度、指示光栅及所述标尺光栅的栅距、所述旋转角度及所述基准光管的焦距计算所述待测光管的焦距。本专利技术结合轴角编码器和焦距对光栅图像的缩放原理，通过旋转电机，获得不同测量图像，利用莫尔条纹图像解算其宽度，能有效避免人眼观察对准引入的随机误差，从而有效提高测量精度，在几米至几十米的长焦距平行光管焦距测量时可以达到毫米级精度。附图说明图1为本专利技术提供的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置结构示意图。图2为图1所示的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置所形成的莫尔条纹的坐标系示意图。图3为1所示的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置的使用示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人士在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。请参照图1，本专利技术优选实施方式提供的一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置100，包括发射模块a及与发射模块a同轴设置的接收模块b；所述发射模块a包括旋转电机1、安装于旋转电机1上的轴角编码器2和指示光栅4、光源3及基准光管5；所述电机1用于带动所述轴角编码器2和所述指示光栅4转动；所述指示光栅4位于所述基准光管5的焦平面且位于所述光源3及所述基准光管5之间；所述光源3用于将光线投射至所述指示光栅4，且光线经所述指示光栅4后投射至所述基准光管5；所述接收模块b包括自靠近发射模块a向远离发射模块a方向依次设置的待测光管6、标尺光栅7及成像器件8；投射至所述基准光管5的光线依次经过所述待测光管6及所述标尺光栅7后投射至所述成像器件8。如此，可以通过旋转电机1带动指示光栅4及轴角编码器2旋转，并由轴角编码器2记录指示光栅4的旋转角度，在成像器件8上形成指示光栅4及标尺光栅7的莫尔条纹图像；进一步根据旋转角度、指示光栅4及标尺光栅7的栅距计算莫尔条纹的宽度，并且进一步根据莫尔条纹的宽度、指示光栅4及所述标尺光栅7的栅距、所述旋转角度及所述基准光管5的焦距计算所述待测光管6的焦距。本专利技术结合轴角编码器和焦距对光栅图像的缩放原理，通过旋转电机，获得不同测量图像，利用莫尔条纹图像解算其宽度，能有效避免人眼观察对准引入的随机误差，从而有效提高测量精度，在几米至几十米的长焦距平行光管焦距测量时可以达到毫米级精度。具体的，如图1所示，以oxyz建立三维坐标系，本实施方式中，所述基准光管5及所述待测光管6均为平行光管且所述基准光管5的焦距f1为已知，所述待测光管6的焦距f2待测。所述基准光管5及所述待测光管6的光轴与oz轴重合，所述基准光管5及所述待测光管6间隔相对设置。进一步的，所述光源3、所述指示光栅4、所述基准光管5、所述待测光管6、所述标尺光栅7及所述成像器件8同轴设置。所述指示光栅4设置于基准光管5与待测光管6相背的一侧。所述标尺光栅7设置于待测光管6与基准光管5相背的一侧并位于所述待测光管6与成像器件8之间。所述光源3位于所述旋转电机1与所述指示光栅4之间。所述指示光栅4可以通过连接轴与的所述旋转电机1固定连接。本实施方式中，所述轴角编码器2安装于所述旋转电机1靠近光源3的一侧，亦即所述轴角编码器2位于旋转电机1与光源3之间。在其他实施方式中，所述轴角编码器2也可以安装于所述旋转电机1与光源3的相背一侧，亦即所述旋转电机1位于轴角编码器2与光源3之间。在本实施方式中，所述旋转电机1的转轴、所述轴角编码器2及所述指示光栅4同轴设置。本实施方式中，所述光源3为红色LED单色光；所述成像器件为CCD传感器。在其他实施方式中，所述光源3也可以是白色LED单色光，或其他光源，例如白炽灯、激光和其他成像器件8能感测到的光源。进一步的，所述指示光栅4及所述标尺光栅7的栅距相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，包括发射模块及与发射模块同轴设置的接收模块；所述发射模块包括旋转电机、安装于旋转电机上的轴角编码器和指示光栅、光源及基准光管；所述电机用于带动所述轴角编码器和所述指示光栅转动；所述指示光栅位于所述基准光管的焦平面且位于所述光源及所述基准光管之间；所述光源用于将光线投射至所述指示光栅，且光线经所述指示光栅后投射至所述基准光管；所述接收模块包括自靠近发射模块向远离发射模块方向依次设置的待测光管、标尺光栅及成像器件；投射至所述基准光管的光线依次经过所述待测光管及所述标尺光栅后投射至所述成像器件。

【技术特征摘要】
1.一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，包括发射模块及与发射模块同轴设置的接收模块；所述发射模块包括旋转电机、安装于旋转电机上的轴角编码器和指示光栅、光源及基准光管；所述电机用于带动所述轴角编码器和所述指示光栅转动；所述指示光栅位于所述基准光管的焦平面且位于所述光源及所述基准光管之间；所述光源用于将光线投射至所述指示光栅，且光线经所述指示光栅后投射至所述基准光管；所述接收模块包括自靠近发射模块向远离发射模块方向依次设置的待测光管、标尺光栅及成像器件；投射至所述基准光管的光线依次经过所述待测光管及所述标尺光栅后投射至所述成像器件。2.根据权利要求1所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，所述光源、所述指示光栅、所述基准光管、所述待测光管、所述标尺光栅及所述成像器件同轴设置。3.根据权利要求2所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，所述光源位于所述旋转电机与所述指示光栅之间。4.根据权利要求3所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，所述光源为红色LED单色光；所述成像器件为CCD传感器。5.根据权利要求1所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，所述指示光栅及所述标尺光栅的栅距相等。6.根据权利要求1所述的信号线传输结构，其特征在于，所述基准光管的焦距为1600mm。7.一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量方法，包括以下步骤：提供一个包括旋转电机、安装于所述旋转电机上的轴角编码器和指示光栅、光源及基准光管的发射模块，且所述指示光栅位于所述基准光管的焦平面且位于所述光源及所述基准光管之间；提供一个包括自靠近发射模块向远离所述发射模块方向依次设置的待测光管、标尺光栅及成像器件的接收模块；将所述发射模块与所述接收模块同轴设置；将所述光源发出的光线投射至所述指示光栅，且光线经所述指示光栅后投射至所述基准光管，投射至所述基准光管的光线依次经过所述待测光管及所述标尺光栅后投射到所述成像器件；通过所述旋转电机带动所述指示光栅及...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文昌，王志乾，刘绍锦，沈铖武，李建荣，李勤文，宋卓达，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22