一种单源同轴多向激光测距装置及测距方法与流程

1.本发明属于激光测距技术领域，特别涉及于一种多向激光测距装置。


背景技术：

2.激光干涉仪，以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量。激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以迈克尔逊干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统。激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。采用激光光源、分光镜、滤光镜、反射镜和探测设备可以组成激光干涉仪，已经被科研及工业界广泛使用于精密距离测量上。
3.分光镜，又称分束镜，是一种镀膜玻璃。在光学玻璃表面镀上一层或多层薄膜，当一束光投射到镀膜玻璃上后，通过反射和折射，光束就被分为两束或更多束。分光镜已经被广泛的使用到一般科研、工业领域。一般可使用45
°
半反半透式分光镜将一束激光分成沿垂直正交方向传播的两束激光。
4.角锥反射镜，也叫后向反射镜，对入射光的入射角不敏感，在一定范围的入射角内入射，出射光或者图像都将被180
°
反射，入射光和出射光不会重叠，反射光通过角锥棱镜后，其偏振状态将发生改变，是一种理想的反射光学元件。
5.总的来说，传统激光干涉仪是单一距离测量且方向固定，总体来说目前的激光干涉仪无法满足相同坐标系下单一同轴激光光源的多方向同时测距。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术无法实现相同坐标系下单一同轴激光光源的多方向同时测距，本发明提供了一种单光源同轴多方向激光测距的装置，以解决上述问题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：本发明提供一种单源同轴多向激光测距装置，包括点激光光源、多个级联主轴分光镜和多个光路改变测距单元，所述点激光光源固定设置于主轴，且沿所述主轴发射激光光束；
8.所述级联主轴分光镜位于所述点激光光源的下游，且沿所述主轴间隔设置；
9.点激光光源主轴发射的激光光束经每一所述级联主轴分光镜皆分为两光束，且分别定义为第一光束和第二光束，所述第一光束为平行于主轴的下一级的入射光束，第二光束为与主轴垂直的本级的反射光束，且第二光束指向目标测距位置；
10.所述光路改变测距单元在第二光束的方向的上位于对应的级联主轴分光镜的下游；
11.所述第一光束继续进入下一级联主轴分光镜，所述第二光束进入对应的光路改变测距单元并通过光路改变测距单元在对应方向上实现对目标测距位置的距离的测量。
12.进一步地说，所述级联主轴分光镜是方向可旋转的45
°
的分光镜，每一级分光镜都产生该级的反射光束和下一级的入射光束，反射光束和入射光束垂直正交，反射光束的方向能够根据级联主轴分光镜的放置方向一同旋转。
13.进一步地说，每一所述光路改变测距单元皆包括单向滤光镜、测距分光镜、目标角锥反射镜、干涉角锥反射镜和干涉条纹探测器，所述单向滤光镜和所述干涉条纹探测器构成连接装置。
14.进一步地说，所述单向滤光镜是第二光束能够通过且反方向不能通过的单向通过式滤光镜。
15.进一步地说，所述测距分光镜是半反半透式45
°
分光镜，该级主轴反射光经所述测距分光镜分成测距透射光和干涉反射光，且测距透射光和干涉反射光垂直正交。
16.进一步地说，所述目标角锥反射镜和干涉角锥反射镜皆是角锥反射镜，所述角锥反射镜将激光按180
°
反向返回，所述目标角锥反射镜反射测距透射光，所述干涉角锥反射镜反射干涉反射光。
17.进一步地说，所述干涉条纹探测器是激光干涉条纹检测器，所述测距反射光和干涉反射光经所述干涉条纹探测器相互叠加形成干涉条纹，所述干涉条纹探测器通过干涉条纹精确测量位移距离，连续叠加记录位移后得到相对距离。
18.进一步地说，同一级的所述级联主轴分光镜、所述单向滤光镜、所述测距分光镜、所述干涉角锥反射镜和所述干涉条纹探测器之间的位置相对固定，所述目标角锥反射镜与测距分光镜之间的位置可调。
19.本发明还提供了一种使用所述的单源同轴多向激光测距装置的测距方法，包括a：点激光光源主轴发射的激光光束依次经过每一所述级联主轴分光镜，经过每一所述级联主轴分光镜皆分为两光束，所述第一光束沿主轴继续进入下一级联主轴分光镜；
20.b：所述第二光束则指向测距目标位置，进入本级由单向滤光镜、测距分光镜、目标角锥反射镜、干涉角锥反射镜和干涉条纹探测器组成的光路改变测距单元，并在干涉条纹探测器上完成相对距离的精确测量；
21.c：同时，调整下一级联主轴分光镜的放置方向，经上一级所述级联主轴分光镜射出的第二光束在进入下一级级联主轴分光镜后重复b的过程，完成在另一方向上对相对距离的精确测量。
22.进一步地说，b具体为：其中，第二光束经单向滤光镜透射，并经测距分光镜后分成测距透射光和干涉反射光，测距透射光经目标角锥反射镜后为测距反射光，干涉反射光经干涉角锥反射镜后反向返回；测距反射光和干涉反射光在测距分光镜处叠加后，合成为干涉激光并沿第二光束反向射到干涉条纹探测器上，由干涉条纹探测器精确测量干涉条纹并通过干涉条纹的形成关系计算出相对位移距离。
23.本发明的有益效果是：
24.本发明采用单光源形成主轴同轴激光，通过级联主轴分光镜形成多级复用并通过级联主轴分光镜的角度可旋转从而实现任意方向目标的测距；
25.采用单光源一是节省能源损耗；二是，相较于多个光源才能实现多方向测距的方式，本装置不需要多次调整主光源，因此能保证同轴测量、提高测量效率与精度，另外，多级复用并任意方向灵活设置扩大本装置的应用范围。
26.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
27.图1是本发明的结构示意图；
28.附图中各部分标记如下：
29.点激光光源1、级联主轴分光镜2、单向滤光镜3、测距分光镜4、目标角锥反射镜5、干涉角锥反射镜6和干涉条纹探测器7。
具体实施方式
30.以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
31.实施例：如图1所示，一种单源同轴多向激光测距装置，包括点激光光源1、多个级联主轴分光镜2和多个光路改变测距单元，所述点激光光源固定设置于主轴，且沿所述主轴发射激光光束；
32.点激光光源主轴发射的激光光束经每一所述级联主轴分光镜皆分为两光束，且分别定义为第一光束和第二光束，所述第一光束为平行于主轴的下一级的入射光束，第二光束为与主轴垂直的本级的反射光束，且第二光束指向目标测距位置；
33.所述光路改变测距单元在第二光束的方向的上位于对应的级联主轴分光镜的下游；
34.所述第一光束继续进入下一级联主轴分光镜，所述第二光束进入对应的光路改变测距单元并通过光路改变测距单元在对应方向上实现对目标测距位置的距离的测量。
35.所述级联主轴分光镜是方向可旋转的45
°
的分光镜，每一级分光镜都产生该级的反射光束和下一级的入射光束，反射光束和入射光束垂直正交，反射光束的方向能够根据级联主轴分光镜的放置方向一同旋转。
36.比如，本实施例中，前面两个级联主轴分光镜的放置方向(或者说是放置角度)就不同。
37.所述级联主轴分光镜可以通过型号选择调节透射光束(即第一光束)和反射光束(即第二光束)的占比比例。
38.本实施例中，每一所述光路改变测距单元皆包括单向滤光镜3、测距分光镜4、目标角锥反射镜5、干涉角锥反射镜6和干涉条纹探测器7，所述单向滤光镜和所述干涉条纹探测器构成连接装置。
39.本实施例中，所述单向滤光镜是第二光束能够通过且反方向不能通过的单向通过式滤光镜。
40.本实施例中，所述测距分光镜是半反半透式45
°
分光镜，该级主轴反射光经所述测距分光镜分成测距透射光和干涉反射光，且测距透射光和干涉反射光垂直正交。
41.本实施例中，所述目标角锥反射镜和干涉角锥反射镜皆是角锥反射镜，所述角锥反射镜将激光按180
°
反向返回，所述目标角锥反射镜反射测距透射光，所述干涉角锥反射
镜反射干涉反射光。
42.本实施例中，所述干涉条纹探测器是激光干涉条纹检测器，所述测距反射光和干涉反射光经所述干涉条纹探测器相互叠加形成干涉条纹，所述干涉条纹探测器通过干涉条纹精确测量位移距离，连续叠加记录位移后得到相对距离。
43.本实施例中，同一级的所述级联主轴分光镜、所述单向滤光镜、所述测距分光镜、所述干涉角锥反射镜和所述干涉条纹探测器之间的位置相对固定，所述目标角锥反射镜与测距分光镜之间的位置可调。
44.一种使用所述的单源同轴多向激光测距装置的测距方法，包括：
45.a：点激光光源主轴发射的激光光束依次经过每一所述级联主轴分光镜，经过每一所述级联主轴分光镜皆分为两光束，所述第一光束沿主轴继续进入下一级联主轴分光镜；
46.b：所述第二光束则指向测距目标位置，进入本级由单向滤光镜、测距分光镜、目标角锥反射镜、干涉角锥反射镜和干涉条纹探测器组成的光路改变测距单元，并在干涉条纹探测器上完成相对距离的精确测量；
47.c：同时，调整下一级联主轴分光镜的放置方向，经上一级所述级联主轴分光镜射出的第二光束在进入下一级级联主轴分光镜后重复b的过程，完成在另一方向上对相对距离的精确测量。
48.根据设置的级联主轴分光镜和对应的光路改变测距单元的数量以及每一级联主轴分光镜的放置方向可调，实现多方向的目标距离的测量。
49.比如本实施例中，假设设有两个级联主轴分光镜和2个光路改变测距单元，通过调整每个级联主轴分光镜的放置方向，使得对应的第二光束经光路改变测距单元调整后能够照射到对应的待测目标上，这样采用本激光测距装置，在一个主光源的情况下就能在多个方向上实现对待测目标的测距，如图1所示，第一级联主轴分光镜和第二联主轴分光镜的放置角度就不同。
50.b具体为：其中，第二光束经单向滤光镜透射，并经测距分光镜后分成测距透射光和干涉反射光，测距透射光经目标角锥反射镜后为测距反射光，干涉反射光经干涉角锥反射镜后反向返回；测距反射光和干涉反射光在测距分光镜处叠加后，合成为干涉激光并沿第二光束反向射到干涉条纹探测器上，由干涉条纹探测器精确测量干涉条纹并通过干涉条纹的形成关系计算出相对位移距离。
51.本发明采用单光源形成主轴同轴激光，通过级联主轴分光镜形成多级复用并通过级联主轴分光镜的角度可旋转从而实现任意方向目标的测距；
52.采用单光源一是节省能源损耗；二是，相较于多个光源才能实现多方向测距的方式，本装置不需要多次调整主光源，因此能保证同轴测量、提高测量效率与精度，另外，多级复用并任意方向灵活设置扩大本装置的应用范围。
53.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。