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专利号: 201310712723X
申请人: 西安工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种近红外激光光斑视场参数测量装置,其包括近红外激光参数测试台、计算机以及标定网格板,其中在计算机上装有处理与计算软件,近红外激光参数测试台中包含有能发射近红外激光的发射装置,该测量装置还包括底盘基座,该近红外激光参数测试台可固定在该底盘基座上,标定网格板设置在与近红外激光参数测试台相距一定距离的位置,并且与近红外激光参数测试台发射的激光相垂直正交。

2.如权利要求1所述的测量装置,其特征在于:近红外激光参数测试台包括设置在底盘基座上的壳体,在壳体内设有角度编码器采集与显示电路,在壳体上设有面阵相机,面阵相机用于采集获取带有激光瞄准点的标定网格板的图像,面阵相机与计算机相连接,在面阵相机的前端安装有光学镜头,光学镜头对准标定网格板,通过调整近红外激光参数测试台和标定网格板之间的距离,可将标定网格板位于面阵相机的整个视场中。

3.如权利要求2所述的测量装置,其特征在于:近红外激光参数测试台还包括设置在底盘基座上的两维转动云台,在面阵相机与两维转动云台之间设有位于底盘基座上的十三位角度编码器,其中两维转动云台包括云台底座,在云台底座上设有俯仰方向转动调整机构和同心轴旋转调整机构。

4.如权利要求3所述的测量装置,其特征在于:俯仰方向转动调整机构固定在测试台底面上方,并且俯仰方向转动调整机构与高精度十三位角度编码器相连接,具体地,俯仰方向转动调整机构的转动轴心与十三位角度编码器的旋转轴心固定连接,能够通过旋转俯仰方向转动调整机构调整俯仰方向中心轴线与水平方向的夹角。

5.如权利要求4所述的测量装置,其特征在于:在俯仰方向转动调整机构尾部设有俯仰角度微调手柄,其配置地用于调整俯仰方向转动调整机构的俯仰角度,通过操作微调手柄进行手调和微调可确保出射的近红外激光光斑落于标定网格板上,俯仰角度数值可以通过角度编码器采集与显示电路获取,俯仰方向转动调整机构上设有旋转手柄,该旋转手柄可以调整同心轴旋转调整机构的旋转角度,角度值可通过固定在俯仰方向转动调整机构和同心轴旋转调整机构之间的角度刻度板读取。

6.如权利要求5所述的测量装置,其特征在于:在两维转动云台的俯仰方向转动调整机构上方设有出射激光瞄准器,出射激光瞄准器用于校正激光线的方向,该激光线的方向随俯仰方向转动调整机构的俯仰角度而变化,也与面阵相机的光学镜头的光轴平行。

7.如权利要求6所述的测量装置,其特征在于:在同心轴旋转调整机构上安装有夹具,其中夹具能够与同心轴旋转调整机构同轴心转动,夹具用于夹持被测近红外激光器,此外,在近红外激光参数测试台的两端分别设有激光测距仪,激光测距仪配置地用于测量并校正以确保面阵相机前端的光学镜头的光轴与标定网格板正交。

8.如权利要求7所述的测量装置,其特征在于:底盘基座通过装设在其边缘处的至少三个水平调整底座而水平放置在地面或者平台上,每个水平调整基座都能用来调整底盘基座的高度以保证整个近红外激光参数测试台处于水平状态,在底盘基座上还设有两个水平观测水泡,用以观测近红外激光参数测试台的水平状态;在标定网格板的底座设有可调的水平调节装置和水平观测水泡,以确保标定网格板处于水平状态,标定网格板中的网格竖直边缘线与底座水平面垂直,并且相邻网格竖线之间的距离是已知的。

9.一种采用上述权利要求1-8中任一项所述测量装置的测试方法,具体步骤为:

(1)将近红外激光参数测试台放置于具有一定高度的平台上,沿着近红外激光发射方面,在一定距离处,正交放置标定网格板;

(2)调整近红外激光参数测试台的三个水平调整底座,使两个方向的水平水泡处于水平状态,同时调整标定网格板处于水平状态;

(3)利用近红外激光参数测试台两侧的激光测距仪校正测试系统中面阵相机的光学镜头的光轴垂直于标定网格板,并记录近红外激光参数测试台与标定网格板之间的距离参数L0;

(4)开启计算机和打开两维转动云台的俯仰方向转动调整机构上方的激光瞄准器,并利用面阵相机获取带有激光瞄准点的标定网格板图像,利用计算机内的专用处理与计算软件,获取标定中心坐标O0(x0,y0);

(5)将所测近红外激光器安放在两维转动云台的同心轴旋转调整机构上夹具的中心处,并锁紧近红外激光器,然后为近红外激光器提供所需电源,观测近红外激光器出射激光光斑是否在标定网格板上,如果光斑不处于标定网格板的范围内,通过调整俯仰方向转动调整机构和同心轴旋转调整机构使光斑落于标定网格板内,通过十三位角度编码器读取此时的俯仰角度θ;

(6)通过计算机上的专用处理与计算软件,利用图像处理技术获取近红外光斑的四个最外边沿直线方程,利用两两直线方程,计算出四个交汇点,即获得光斑在该条件下的大小面积,寻找该光斑中心坐标,再寻找光斑中心到四条直线的距离及垂直交汇点坐标,结合已标定的中心点坐标和已测距离,可计算出光斑中心坐标点与四条直线和出射近红外激光光斑点所成平面的夹角,再通过相应方向的夹角合加可获得当前出射的近红外激光光斑视场大小,同时也获得近红外激光光斑中心与水平光轴的夹角。

10.如权利要求9所述的测量方法,其中上述第(6)步的具体操作方法包括:

(1)基于图像处理技术,获得近红外激光光斑边沿修正的平行四边形的四个直线方程:

y=k1x+a1,y=k2x+a2,y=k3x+a3,y=k4x+a4,其中k1,k2,k3,k4为四个直线斜率,即获得四个顶点坐标(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4)和平行四边形光斑中心坐标O(x,y);

(2)通过平行四边形的光斑中心坐标(x,y),作与四个直线方程正交的直线,并求出正交点坐标A(x1',y1'),B(x2',y2'),C(x3',y3'),D(x4',y4')以及光斑中心坐标O(x,y)到y=k1x+a1,y=k2x+a2,y=k3x+a3,y=k4x+a4的距离d1,d2,d3,d4;

(3)近红外激光参数测试台的发射近红外光斑点为F,根据参数距离L0和光斑中心坐标O(x,y)及标定中心坐标O0(x0,y0),计算出光斑中心坐标O(x,y)到近红外激光参数测试台的发射近红外光斑点F的距离L1;

(4)依据发射近红外光斑点F、正交点坐标A(x1',y1')、B(x2',y2')、C(x3',y3')、D(x4',y4')和光斑中心坐标O(x,y),计算出A、B、C和D点到发射近红外光斑点F的距离LA、LB、LC和LD;

(5)假设近红外激光光斑两维方向的视场大小为α1和α2,利用求出的LA、LB、LC、LD、d1、d2、d3、d4和L1可计算出光斑中心坐标O(x,y)到LA、LB、LC、LD边的夹角αA、αB、αC、αD为:则近红外激光光斑视场大小为α1=αA+αC和α2=αB+αD。