全自动水平校正系统及检测设备的制作方法

1.本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种全自动水平校正系统及检测设备。


背景技术：

2.现有的镜头测试机台通常包括用于放置镜头的载物平台。在对镜头进行测试之前，首先需要进行载物平台的调平，调平过程需要人工操作，在人工操作过程中会出现以下问题：
3.1、每次需测量三次焦距(ffl)，三次焦距数值误差不能过大，可能会不断重复该过程，耗时较长；2、调节过程为手动调节，只能靠经验进行水平调节，精度较差；3、调完水平之后才可再次测量焦距(ffl)，调节难度较大且实时性差；4、调节过程具有偶然性，重复多次测量、调节的误差极大，需要20min～60min进行一次调平，耗时很长。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种全自动水平校正系统及检测设备，该全自动水平校正系统可实现载物平台的自动高效调平校正。
5.本发明提供了一种全自动水平校正系统，包括：平台、设于所述平台上的调平装置、设于所述调平装置上的载物盘、设于所述载物盘上的至少三反射装置、设于所述载物盘上方的图像采集装置、设于所述图像采集装置靠近所述载物盘一端的高度定位装置、与所述高度定位装置配合的光源以及与所述图像采集装置信号连接的控制器，
6.所述光源用于发射光线；
7.所述高度定位装置用于将所述光线处理成至少三路光线，并将每一路所述光线分别入射至其中一所述反射装置；
8.所述反射装置用于将经过所述高度定位装置入射的所述光线进行反射；
9.所述图像采集装置用于采集反射后的所述光线以形成光线信号；
10.所述控制器用于获取所述光线信号，根据所述光线信号确定所述载物盘的偏转值，并根据所述偏转值控制所述调平装置对所述载物盘进行调节，使得所述载物盘与水平面平行。
11.进一步，所述高度定位装置包括沿所述光源发射的所述光线的传播方向依次设置的光纤连接器、十字透光片和半透半反镜，所述半透半反镜位于所述图像采集装置和所述反射镜之间。
12.进一步，所述半透半反镜与所述水平面之间的夹角为45度。
13.进一步，所述高度定位装置还包括均光片、透镜和固定套筒，所述均光片设于所述光纤连接器与所述十字透光片之间，所述透镜设于所述十字透光片与所述半透半反镜之间，所述固定套筒套设于所述光纤连接器、所述均光片、所述十字透光片、所述透镜和所述半透半反镜的外侧。
14.进一步，所述调平装置包括设于所述平台上的第一调节机构、设于所述第一调节
机构上的第二调节机构和设于所述第二调节机构上的第三调节机构，所述载物盘设于所述第三调节机构上，所述第一调节机构能够带动所述载物盘分别沿第一方向移动，所述第二调节机构能够带动所述载物盘沿第二方向移动，所述第三调节机构能够带动所述载物盘沿第三方向移动，所述第三方向垂直所述第一方向与所述第二方向所构成的平面。
15.进一步，所述第一调节机构包括设于所述平台上的第一承载台和设于所述第一承载台上的第一驱动电机，所述第一驱动电机与所述控制器连接，所述控制器用于通过所述第一驱动电机驱动所述第一承载台移动，进而带动所述载物盘沿所述第一方向移动。
16.进一步，所述第二调节机构包括设于所述第一承载台上的第二承载台和设于所述第二承载台上的第二驱动电机，所述第二驱动电机与所述控制器连接，所述控制器用于通过所述第二驱动电机驱动所述第二承载台移动，进而带动所述载物盘沿所述第二方向移动。
17.进一步，所述第三调节机构包括设于所述第一调节机构上的第三承载台、设于所述第三承载台上的至少两升降单元、第三驱动电机及一万向调节单元，至少两所述升降单元与所述万向调节单元位于同一平面内且组成多边形结构，所述载物盘设于所述升降单元及所述万向调节单元上，所述第三驱动电机与所述控制器连接，所述控制器用于通过所述第三驱动电机单独驱动每一所述升降单元沿所述第三方向移动，进而调节所述载物盘的高度。
18.进一步，所述万向调节单元为一圆球，所述第三承载台和所述载物盘的底部均设有第一圆弧槽，所述圆球活动内嵌在两个相对设置的所述第一圆弧槽内。
19.进一步，所述万向调节单元包括圆柱和设于所述圆柱一端的半球结构，所述载物盘的底部设有第二圆弧槽，所述半球结构活动内嵌在所述第二圆弧槽内，所述圆柱远离所述半球结构的一端固定在所述第三承载台上。
20.进一步，所述载物盘包括托板、设于所述托板上的盘体、设于所述盘体内部底表面的镜头固定座、以及设于所述盘体内部底表面的至少三定位槽，所述反射装置设于所述定位槽内。
21.本发明还提供一种检测设备，包括如上所述的全自动水平校正系统。
22.相较于现有技术，本发明提供的全自动水平校正系统具有以下有益效果：
23.1、在载物盘平面放置全铝反射镜，配合高度定位装置的光学反射原理，同时得到载物盘多位点的反射信息，对比计算后得到载物盘平面偏转信息，精准快速。
24.2、高度定位装置运用光学反射、透射原理，将光线传入图像采集装置，降低了整体结构的复杂程度。
25.3、高度定位装置与图像采集装置通过螺纹适配，采用传统的ccd相机便可，降低成本，调机时只需将ccd相机原本连接的镜头卸下，便可直接连接高度定位装置使用，安装方便，减少了ccd相机的使用数量，同时降低了架机难度。
26.4、把手的弧形部设计，符合人体工程学，握感更舒适，且在取放载物盘的过程中加强操作员操作的稳定性，避免手滑碰到周围设备。
27.5、在载物盘的平面内设置五个定位槽，并配合反射装置，可以更精确的保证载物盘调平的精准性。
28.6、控制器得到载物盘平台偏转信息后，自动判断两个升降单元的移动高度，并且
能驱动电机自动调偏，自动化程度高，速度快，提升了调平效率和准确度。
29.7、第三调节机构选用圆球加两个螺丝的设计，构成三角形调节平面水平，仅需要调节两个螺丝即可达到调节载物盘平台水平的目的。
30.8、全自动水平校正系统可适用于其他需要调节绝对水平的仪器，也可配合计算器系统用于量测平台的偏转角度等，通用性强，应用范围广。
附图说明
31.图1是本发明一实施方式提供的一种全自动水平校正系统的结构示意图。
32.图2是本发明一实施方式提供的一种全自动水平校正系统中高度定位装置的爆炸图。
33.图3是本发明一实施方式提供的一种全自动水平校正系统中载物盘的结构图。
34.图4是本发明一实施方式提供的一种全自动水平校正系统中调平装置的结构图。
35.图5是本发明一实施方式提供的一种全自动水平校正系统中第三调节机构的结构图。
36.图6是本发明一实施方式提供的一种全自动水平校正系统中第三承载台的结构图。
37.图7是本发明一实施方式提供的一种全自动水平校正系统中载物盘上反射位置图。
38.图8是在图7的位置基础上全自动水平校正系统的光路图。
39.图9是本发明另一实施方式提供的一种全自动水平校正系统的结构示意图。
40.图10是本发明另一实施方式提供的一种全自动水平校正系统中托板的结构示意图。
41.主要元件符号说明
42.43.[0044][0045]
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0046]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0048]
以下所描述的系统实施方式仅仅是示意性的，所述模块或电路的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由同一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
[0049]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0050]
请参阅图1至图8所示，为本发明实施例提供的一种全自动水平校正系统1000，包括：平台1、设于所述平台1上的调平装置2、设于所述调平装置2上的载物盘3、设于所述载物盘3上的至少三反射装置4、设于所述载物盘3上方的图像采集装置5、设于所述图像采集装置5靠近所述载物盘3一端的高度定位装置6、与所述高度定位装置6配合的光源7以及与所
述图像采集装置5信号连接的控制器8。
[0051]
如图8所示，所述光源7位于所述高度定位装置6的输入端，所述光源7发射光线a到所述高度定位装置6，所述高度定位装置6将所述光线a处理成至少三路所述光线a并将至少三路所述光线a同时射入到所有所述反射装置4，所述反射装置4将入射的至少三路所述光线a进行反射，所述图像采集装置5采集经所述高度定位装置6入射的反射后的至少三路所述光线a以形成光线信号b，所述控制器8获取所述光线信号b，根据所述光线信号b确定所述载物盘3的偏转值，并根据所述偏转值控制所述调平装置2对所述载物盘3进行调节，使所述载物盘3与水平面平行。所述反射装置4至少需要三个，三个所述反射装置4位于所述载物盘3的不同位置且不在同一直线上，这样所述图像采集装置5便可以采集到所述载物盘3上三个不同的位置的图像，三点构成一个平面，通过这三个不同位置的图像便可以确定所述载物盘3的位置偏转信息。通过所述全自动水平校正系统1000能够快速准确的进行全自动调平动作，调平精度高，速度快，有效提升了校正效率和校正精准度。
[0052]
本发明实施例提供的全自动水平校正系统1000还可适用于其他需要调节绝对水平的仪器，也可配合计算器系统用于量测平台的偏转角度等。
[0053]
如图1所示，本实施方式中，所述平台1上设有支撑臂9，所述支撑臂9上设有一支撑板10，所述图像采集装置5、所述高度定位装置6及所述光源7设置于所述支撑板10的下方。所述支撑板10朝向所述平台1的方向内凹以形成收容空间，所述图像采集装置5、所述高度定位装置6及所述光源7可收容于所述收容空间内，所述支撑板10可以起到保护内部机构的作用。
[0054]
如图1、图4及图5所示，本实施方式中，所述调平装置2设于所述平台1的上表面，且位于所述高度定位装置6的正下方，设置在所述高度定位装置6的正下方，方便光线的传输，便于调平校正。所述调平装置2包括设于所述平台1上的第一调节机构21、设于所述第一调节机构上的第二调节机构22和设于所述第二调节机构22上的第三调节机构23，所述载物盘3设于所述第三调节机构23上，所述第一调节机构21能够带动所述载物盘3沿第一方向移动，所述第二调节机构22能够带动所述载物盘3沿第二方向移动，所述第三调节机构23能够带动所述载物盘3沿第三方向移动，所述第三方向垂直所述第一方向与所述第二方向所构成的平面。以所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向建立三轴坐标系，这三个方向分别平行于x轴、y轴和z轴，x轴和y轴平行于所述平台1所在的平面。所述控制器8处理所述光线信号b得出所述载物盘3的x轴方向偏转值、y轴方向偏转值及z轴方向调节值，并控制所述调平装置2进行x轴方向、y轴方向及z轴方向调节，从而实现所述载物盘3的全自动调平。通过所述控制器8控制所述调平装置2基于三轴的自动调节，能够实现自动校正调平所述载物盘3的目的，整个调节过程自动实现，调节精度高，调节速度快。
[0055]
本实施方式中，所述第一调节机构21包括设于所述平台1上的第一承载台211及设于所述第一承载台211上的第一驱动电机212，所述第一驱动电机212与所述控制器8连接，所述控制器8用于通过所述第一驱动电机212驱动所述第一承载台211沿所述第一方向移动。所述第二调节机构22包括设于所述第一承载台211上的第二承载台221及设于所述第二承载台221上的第二驱动电机222，所述第二驱动电机222与所述控制器8连接，所述控制器8用于通过所述第二驱动电机222驱动所述第二承载台221沿所述第二方向移动。
[0056]
所述第三调节机构23包括设于所述第二承载台221上的第三承载台231、设于所述
第三承载台231上的至少两升降单元232、驱动所述升降单元232的第三驱动电机233及一万向调节单元234，所述第三承载台231上设有与所述升降单元232相对应的升降孔236，所述升降单元232能够在所述升降孔236内上下升降。本实施例中，所述升降单元232的数量为两个，两所述升降单元232与一所述万向调节单元234位于同一平面内且组成一三角形结构，所述载物盘3设于两所述升降单元232及所述万向调节单元234上，所述第三驱动电机233与所述控制器8连接，所述控制器8用于通过所述第三驱动电机233驱动所述升降单元232沿所述第三方向移动，再配合所述万向调节单元234对所述载物盘3进行高度调节。本实施方式中，所述第三驱动电机233的数量也为两个，并且与所述升降单元232一一对应，每个所述升降单元232通过一个所述第三驱动电机233单独驱动，这样可以单独调节其中的任一所述升降单元232，从而达到调平的目的。
[0057]
本实施方式中，两所述升降单元232分别位于所述第三承载台231一对角线的两个端点上，所述万向调节单元234设置在所述第三承载台231的一侧边缘，三者在同一平面内组成三角形结构，所述万向调节单元234的高度固定，但又不限定其上方的所述载物盘3的运动，通过调节两所述升降单元232的高度，配合所述万向调节单元234，可以精准快速调平所述载物盘3。通过增加所述万向调节单元234可以保证所述载物盘3的稳定性，同时还减少了所述升降单元232的数量，提供了调节精度，节省了调节时间，降低了机构的复杂程度。
[0058]
本实施方式中，所述升降单元232为螺丝，通过所述第三驱动电机233驱动所述螺丝旋上或旋下便能达到调节所述载物盘3不同位置的高度的目的，结构简单，调节高度易控制，便于提升调节精度。
[0059]
如图5和图6所示，本实施方式中，所述万向调节单元234为一圆球，所述第三承载台231对应所述万向调节单元234设有一第一圆弧槽235，同时所述载物盘3的底部设有一托板31，所述托板31对应所述万向调节单元234也设有一第一圆弧槽235，所述圆球内嵌在相对设置的两个所述第一圆弧槽235内，且能在所述第一圆弧槽235内做旋转运动，这样所述万向调节单元234可以与另两所述升降单元232配合对所述载物盘3起到支撑的作用，又不会限制所述载物盘3的高度调节，圆球形结构能够保证调节过程的灵活性和顺畅性。
[0060]
如图3所示，所述载物盘3还包括设于所述托板31上的槽形盘体32、设于所述盘体32内部底表面的多个镜头固定座33、分别设于所述盘体32相对的两侧壁上的把手34、设于所述盘体32内部底表面的多个定位槽35及设于所述盘体32上的防呆位36，所述反射装置4设置在所述定位槽35内。本实施方式中，所述盘体32大致为矩形结构，采用为金属材质制成，优选采用不锈钢材料制成。所述镜头固定座33位一槽体结构，所述镜头固定座33的槽体底部设有表面平整的磁吸装置，将需要测试的镜头嵌入槽体结构内的磁吸装置上实现吸附固定，固定更加稳定，且不会歪斜，避免因为镜头在所述镜头固定座33内的固定不平给测试带来误差。本实施方式中，所述把手34采用金属材料，优选不锈钢材料制成，所述把手34包括两连接臂341和连接两所述连接臂341的握把部342，两所述连接臂341和握把部342构成一u型结构，两所述连接臂341的自由端固定在所述盘体32的侧壁上。所述握把部342靠近所述盘体32一侧的边缘设有多个内凹的弧形部343，复合人体工程学，便于手握，提升抓握的舒适度，同时在45
°
取放所述载物盘3的过程中加强操作员操作的稳定性，避免手滑碰到周围设备。所述防呆位36为两个，分别设置在所述盘体32相邻的两侧壁上，这样在取放所述载物盘3时，防止放反，放错位，提高取放准确性，同时提高效率。
[0061]
所述反射装置4为全铝反射镜，全铝反射镜反射率高、制备工艺简单，不易损坏，便于拆装，且价格低。所述反射装置4至少需要三个，三个所述反射装置4位于所述载物盘3的不同位置且不在同一直线上，这样所述图像采集装置5便可以采集到所述载物盘3上三个不同的位置的图像，三点构成一个平面，通过这三个不同位置的图像便可以确定所述载物盘3的位置偏转信息。具体地，本实施方式中，采用三个所述反射装置4，分别固定在期中三个所述定位槽35内，同时三个所述反射装置4构成一个三角形结构，通过在所述载物盘3的不同位置设置所述反射装置4，可以获取每个位置点的偏转信息，有利于提升调平精度。
[0062]
如图1所示，所述图像采集装置5，用于采集经过所述高度定位装置6入射的反射后的所述光线a，并将所述光线a转换成所述光线信号b传输至所述控制器8，具体地，本实施方式中，所述图像采集装置5采用传统的ccd相机便可，无需额外设计，节省成本，同时降低整体结构的复杂度。
[0063]
如图1、图2、图7与图8所示，所述高度定位装置6包括沿光路的传播方向依次设置的光纤连接器61、均光片62、十字透光片63、透镜64和半透半反镜65，所述半透半反镜65位于所述图像采集装置5的正下方，所述光源7位于所述光纤连接器61远离所述均光片62的一侧。本实施方式中，所述光纤连接器61、所述均光片62、所述十字透光片63、所述透镜64和所述半透半反镜65沿水平方向依次设置，所述半透半反镜65与水平面大致呈45
°
角倾斜设置，这样能够保证所述光源7射出的光线通过所述半透半反镜65反射到所述反射装置4上，同时又能使经所述反射装置4反射的光线通过所述半透半反镜65的透射进入所述图像采集装置5。
[0064]
本实施方式中，光线的传播路径是：所述光源7射出所述光线a，所述光线a通过所述光纤连接器61和所述均光片62入射到所述十字透光片63，所述十字透光片63将所述光线a处理成十字后，经所述透镜64的聚焦后射入到所述半透半反镜65，通过所述半透半反镜65的反射作用将多路所述光线a同时反射到所有所述反射装置4的上表面，多路所述光线a经所有所述反射装置4同时反射后再次射入到所述半透半反镜65，通过所述半透半反镜65的透射作用将所有所述光线a射入所述图像采集装置5。如图8，假设三个矩形框的位置设置了三个所述反射装置4，所述光线a经过所述高度定位装置6后被分为三路，三路所述光线a分别进入图8中的三个矩形框内，经过反射后被所述图像采集装置5采集到，可以一次完成所述载物盘3上的多个点的图像采集过程，提高了校正效率。
[0065]
本实施方式中，所述高度定位装置6是安装在所述图像采集装置5的下端的，只需要采用传统ccd相机，调机时只需将ccd相机原本连接的镜头卸下，将所述高度定位装置6安装在原来安装镜头的位置便可便可直接连接使用。所述高度定位装置6的连接结构设计的与镜头相似，安装方便，这种方法减少了ccd相机的使用数量，同时降低了整体架构的复杂度以及拆装难度。
[0066]
本实施方式中，所述高度定位装置6还包括一固定套筒66，所述固定套筒66套设于所述光纤连接器61、所述均光片62、所述十字透光片63、所述透镜64和所述半透半反镜65的外侧，用于对上述各部件起到支撑固定的作用，同时用于与所述图像采集装置5进行配合，所述固定套筒66与所述图像采集装置5连接的部位设有螺纹，所述图像采集装置5的底端也设有螺纹，两者通过螺纹配合连接，连接方便。具体地，所述固定套筒66类似于三通的t型结构，其中所述光纤连接器61、所述均光片62、所述十字透光片63、所述透镜64和所述半透半
反镜65位于所述t型结构的横臂内，所述t型结构的竖臂的一端连接在所述图像采集装置5的下端，另一端正对所述载物盘3，能够使所述光线a射入所述载物盘3上同时还能够使反射的所述光线进入所述图像采集装置5。
[0067]
本发明基于上述全自动水平校正系统1000的水平校正方法，具体包括以下步骤：
[0068]
步骤s1，光源7射出光线a，经高度定位装置6处理成十字的光线a反射进入载物盘3上的所有反射装置4。
[0069]
步骤s2，所有反射装置4将光线a反射，光线a再次经高度定位装置6的透射进入图像采集装置5。
[0070]
步骤s3，图像采集装置5获取光线a，并将光线转换为光线信号b传输至控制器8。
[0071]
步骤s4，控制器8处理光线信号b，计算出载物盘3的x方向的偏转值、y方向的偏转值及z方向的调节值。
[0072]
步骤s5，控制器8控制调平装置2的第二驱动电机222、第一驱动电机212依据偏转值做出x方向和y方向的调整，同时控制各个第三驱动电机233调节各自的升降单元232，最终将载物盘3调平。
[0073]
请参阅图9与图10所示，为本发明的第二实施方式提供的一种全自动水平校正系统，本发明的第二实施方式与第一实施方式的主要区别在于，所述万向调节单元11包括一圆柱111和设于所述圆柱111顶部的半球结构112，所述圆柱111远离所述半球结构112的一端直接固定在所述第三承载台231上，所述托板31对应所述半球结构112设有一第二圆弧槽12，所述半球结构112内嵌入所述托板31上的所述第二圆弧槽12内。需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于第二实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。本实施方式中，通过将所述万向调节单元11设置成一端固定，一端自动活动的结构，不会限定所述载物盘3的高度调节，同时还能够进一步提高所述载物盘3的稳定性。
[0074]
相较于现有技术，本发明提供的全自动水平校正系统具有以下有益效果：
[0075]
1、在载物盘平面放置全铝反射镜，配合高度定位装置的光学反射原理，同时得到载物盘多位点的反射信息，对比计算后得到载物盘平面偏转信息，精准快速。
[0076]
2、高度定位装置运用光学反射、透射原理，将光线传入图像采集装置，降低了整体结构的复杂程度。
[0077]
3、高度定位装置与图像采集装置通过螺纹适配，采用传统的ccd相机便可，降低成本，调机时只需将ccd相机原本连接的镜头卸下，便可直接连接高度定位装置使用，安装方便，减少了ccd相机的使用数量，同时降低了架机难度。
[0078]
4、把手的弧形部设计，符合人体工程学，握感更舒适，且在取放载物盘的过程中加强操作员操作的稳定性，避免手滑碰到周围设备。
[0079]
5、在载物盘的平面内设置五个定位槽，并配合反射装置，可以更精确的保证载物盘调平的精准性。
[0080]
6、控制器得到载物盘平台偏转信息后，自动判断两个升降单元的移动高度，并且能驱动电机自动调偏，自动化程度高，速度快，提升了调平效率和准确度。
[0081]
7、第三调节机构选用圆球加两个螺丝的设计，构成三角形调节平面水平，仅需要调节两个螺丝即可达到调节载物盘平台水平的目的。
[0082]
8、全自动水平校正系统可适用于其他需要调节绝对水平的仪器，也可配合计算器系统用于量测平台的偏转角度等，通用性强，应用范围广。
[0083]
另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。