一种光学镜头光轴校正装置及方法

技术领域

本发明涉及光学镜头光轴校正技术领域，具体涉及一种光学镜头光轴校正装置及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，光学仪器不管从外观还是性能上都大大提高，比如熟悉的光通信系统、大型多轴光电经纬仪，火控指挥系统，这些仪器光谱覆盖范围广，从可见波段到红外波段到激光，能够满足白天、夜晚、微光等不同环境下的使用要求。对于这种多光谱、多轴系统，光轴的平行性成为一个重要的参数。

在光学镜头校正的多光谱检测系统中，存在着集中平行和离散平行光，现有的用于光学镜头光轴校正装置及方法虽然可以满足大部分要求，但还存在以下问题亟需解决：

(1)现有的用于光学镜头光轴校正设备需要单独设计准直管，要手动调整准直管和激光轴调平行，就可能引进误差，导致矫正误差偏大；

(2)现有光学镜头光轴矫正方法主要采用转动轴的测量方法，测量后，转轴、以相同的转角转到多个方位，采样激光数据，利用计算机将采集的多组数据进行计算后，输出两回转轴线的对中状态，并给出为可移动机器的调整量，但是这种方法系统中会存在分光的问题，且系统结构较复杂性，平行光管之间还存在结构固定的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学镜头光轴校正装置及方法，采用系统自校准的方式确保了透镜支架与平行光管的光轴垂直，保证了旋转块能够绕光轴旋转，使得系统不存在分光的问题，减少了系统的复杂性同时，平行光管之间不存在结构固定的问题，提高了校正系统的可靠性，以解决现有技术中矫正误差偏大、系统中存在分光问题以及系统结构较复杂等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种光学镜头光轴校正装置，包括内置双导柱的支撑架以及置于双导柱上部的半开轴承槽式校正槽，所述支撑架的上部设置螺栓接口连接检测仪探头，所述半开轴承槽式校正槽的内表面固定安装有光电倾角仪，所述光电倾角仪的上部通过滑槽支架连接所述位置传感器，所述滑槽支架的端部设置有分光镜，所述滑槽支架的前部设置光源滤光片，所述光源滤光片设置在所述光电倾角仪的调节轴上，所述滑槽支架的下部通过透镜支架连接有光源探头。

作为本发明的一种优选方案，所述滑槽支架的内壁设置有固定横梁，所述固定横梁外壁滑动连接有测量架，沿所述横梁移动所述测量架中心对准所述位置传感器。

作为本发明的一种优选方案，所述滑槽支架的内壁设置有弧形缓冲架，所述弧形缓冲架的内壁上安装有探杆，在所述探杆端部两侧通过锁紧螺母固定安装有内部设置有导轨的调光架，所述调光架两侧通过螺栓连接有滑动平台，在所述滑动平台内部设置有激光光斑测量板。

作为本发明的一种优选方案，所述透镜支架的下部通过位移调整架连接所述光源探头。

作为本发明的一种优选方案，所述位移调整架内部设置有平行光管校正槽，且在所述位移调整架两端均设置有锁紧盘，下侧所述锁紧盘的内壁上套接有第一镜组转轨座，所述第一镜组转轨座的外部通过固定板连接有第二镜组转轨座，所述第二镜组转轨座的内部垂直设置有扩劲臂。

作为本发明的一种优选方案，所述位移调整架内壁垂直面上胶合连接有棱镜卡槽，所述棱镜卡槽中轴线上对称设置有粘结在所述位移调整架内壁的光楔，所述光楔的中轴线上对称设置有分划板，所述分划板中轴水平方向设置分光棱镜槽。

一种光学镜头光轴校正方法，包括以下步骤：

S01、利用倾角测量模块通过数据采集模块采集所述位置传感器的位置信息，并以所述光源探头中轴线位置为中心利用所述偏角校正模块驱动所述光电倾角仪偏转；

S02、根据半导体激光束通过棱镜反射后照射在光敏面上与中轴线的偏转角度，采集偏激角度以及坐标信息；

S03、依据所述坐标信息构建坐标检测模块检测位置偏差，利用优化BP神经网络算法实现对非线性的校正。

作为本发明的一种优选方案，所述优化BP神经网络算法在对坐标数据进行处理过程中，采用误差函数降低绝对数值小但影响大的变量在权值调整中影响，将其处理为区间在0至1之间适应网络训练。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明的光学镜头光轴校正装置及方法，利用准直半导体激光器发出一束激光，经过平行光管后，在分光棱镜反射进入接收系统，利用成像原理，光斑的中心与接收系统中的红外上转换片的中心的距离即为激光测距机的接收光轴平行偏差，间接的连接固定方式调整位移调整架，确保了透镜支架与平行光管的光轴垂直，保证了旋转块能够绕光轴旋转，这种采用系统自校准的方式使得系统不存在分光的问题，减少了系统的复杂性同时，平行光管之间不存在结构固定的问题，只要位置摆正，对准被测光束即可，并将校正系统给定激光信息调制成具有一定特征的交流信息后，采用光学神经网络消除背景光等因素的影响，提高了校正系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供光学镜头光轴校正装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的滑槽支架装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的位移调整架剖面装置结构示意图；

图4为本发明实施例提供的位移调整架内部结构示意图。

图中的标号分别表示如下：

1-支撑架；2-双导柱；3-半开轴承槽式校正槽；4-检测仪探头；5-光电倾角仪；6-滑槽支架；7-位置传感器；8-偏移测距仪；9-分光镜；10-光源滤光片；11-透镜支架；12-光源探头；13-位移调整架；

601-固定横梁；602-测量架；603-探杆；604-锁紧螺母；605-弧形缓冲架；606-调光架；607-滑动平台；608-激光光斑测量板；

1301-光楔；1302-锁紧盘；1303-第一镜组转轨座；1304-第二镜组转轨座；1305-扩劲臂；1306-棱镜卡槽；1307-分划板；1308-分光棱镜槽；1309-平行光管校正槽。

具体实施方式

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。

如图1所示，本发明提供了一种光学镜头光轴校正装置，包括内置双导柱2的支撑架1以及置于所述双导柱2上部的半开轴承槽式校正槽3，所述支撑架1的上部设置螺栓接口连接检测仪探头4，所述半开轴承槽式校正槽3的内表面固定安装有光电倾角仪5，所述光电倾角仪5的上部通过滑槽支架6连接所述位置传感器7，所述位置传感器7的端部连接有偏移测距仪8，所述滑槽支架6的端部设置有分光镜9，所述滑槽支架6的前部设置光源滤光片10，所述光源滤光片10设置在所述光电倾角仪5的调节轴上，所述滑槽支架6的下部通过透镜支架11连接有光源探头12。

如图2所示，所述滑槽支架6的内壁设置有固定横梁601，所述固定横梁601外壁滑动连接有测量架602，沿所述横梁601移动所述测量架601中心对准所述位置传感器7。

本实施例中，由准直半导体激光器发出一束特征准直光，作为大型轴中心线参考基准线，置测量架602大致处于铅锤状态，沿固定横梁601移动测量架602，使以激光光斑为中心大致左右对称，旋转锁紧螺母使测量架602固定在横梁601上，使之不能左右移动。

所述滑槽支架6的内壁设置有弧形缓冲架605，所述弧形缓冲架605的内壁上安装有探杆603，在所述探杆603端部两侧通过锁紧螺母604固定安装有内部设置有导轨的调光架606，所述调光架606两侧通过螺栓连接有滑动平台607，在所述滑动平台607内部设置有激光光斑测量板608。

本实施例中，沿所述导轨移动滑动平台607，使以激光光斑为中心大致上下对称，伸出探杆603与半开轴承槽式校正槽3测量面接触，锁紧探杆603，使之不能上下移动，这样在此次测量过程中，探杆603测量点与中心距离是常量，测量架602通过绕铰链旋转及沿导轨平移便可实现轴承槽内表面任意点测量，通过一系列测量值及电子倾角仪测得相对铅垂方向的角度值，即可解算出轴承槽中心线偏离准直光位置。

本实施例中，所述半开轴承槽式校正槽3测量面光学调整过程为：由准直半导体激光器发出一束特征准直光，做为大型轴中心线参考基准线定标光靶用来监测并确认激光束的位置，激光束的空间位置不发生改变，测量光靶通过机械结构安装在轴承槽所在平面上，并通过弦线沿轴承槽内表面滑动，得到一系列测量值及电子倾角仪测得相对铅垂方向的角度值，即可解算出轴承槽中心线偏离准直光位置，由此，给出校正槽3在给定坐标系内二维调整值。

如图3所示，所述透镜支架11的下部通过位移调整架13连接所述光源探头12。

本实施例中，所述位移调整架13采用了间接的连接固定方式，其内部的旋转块将基准设定在平行光管的一个平面上，只要保证这个面与平行光管的光轴垂直，就保证了旋转块能够绕光轴旋转，从而保证了扩劲臂1305绕平行光管光轴旋转精度。

如图4所示，所述位移调整架13垂直端面设置有平行光管校正槽1309，且在所述位移调整架13两端均设置有锁紧盘1302，下侧所述锁紧盘1302的内壁上套接有第一镜组转轨座1303，所述第一镜组转轨座1303的外部通过固定板连接有第二镜组转轨座1304，所述第二镜组转轨座1304的内部垂直设置有扩劲臂1305。

本实施例中，光源发出的光经过第一镜组转轨座1303、分光棱镜、次镜，主镜之后，经过反射，其像点为一个弥散斑，需要通过第二镜组转轨座1304调整，二次反射镜的旋转和俯仰，使得弥散的光斑进入分划板1307的视场。

所述平行光管校正槽1309内壁垂直面上胶合连接有棱镜卡槽1306，所述棱镜卡槽1306中轴线上对称设置有粘结在所述位移调整架13内壁的光楔1301，所述光楔01301的中轴线上对称设置有分划板1307，所述分划板1307中轴水平方向设置分光棱镜槽1308。

本实施例中，将校正系统给定激光信息调制成具有一定特征的交流信息，采用光学神经网络消除背景光等因素的影响，提高了校正系统的可靠性。

本实施例中，所述分光棱镜槽1308内部设置有分光棱镜，以分光棱镜为分界线，在它左侧设置物镜系统右侧为轴线获取系统，在它上侧的是目镜系统下侧为接收系统，此系统的特点是在分光棱镜的右端面镀有反射膜，经过物镜的光分为两路，一路由分光棱镜反射进入目镜，一路透过分光棱镜被镀有反射膜的面反射回来，由接收系统接收。

本实施例中，所述利用位移调整架13实现光学内校准，在系统自校时，将其垂直安放，利用平行光管校正槽1309引入平行光管，并在光纤端面的前方设有小孔光阑，这样经过平行光管出射的光束方向只与小孔在焦面上的位置有关，与光纤的角度无关，采用外部电控设备在平行光管焦面上移动光纤端面和小孔光阑，移动范围应大于调整后光管和测距机接收轴偏差加上接收全视场的大小。

本实施例中，利用准直半导体激光器发出一束激光，经过平行光管后，在分光棱镜反射进入接收系统，利用成像，这个光斑的中心与接收系统中的红外上转换片的中心的距离即为激光测距机的接收光轴平行偏差。

本实施例中采用的系统自校准的方式使得系统不存在分光的问题，减少了系统的复杂性同时，平行光管之间不存在结构固定的问题，只要位置摆正，对准被测光束即可。

一种光学镜头光轴校正方法，将被测光学仪器，放置在检测装置平行光管的前面，平行光管发出的平行光，平行光管发出的平行光，被摄像机接收，采集到的图像利用数据采集模块采集，并传递至所述偏角校正模块使图像中呈现十字分划线，十字分划线的中心代表摄像机光轴位置，测试时，调整平行光管使星点像位于摄象机的中心，即保证了平行光管与摄像机光轴的平行性。

包括以下步骤：

S01、利用倾角测量模块通过数据采集模块采集所述位置传感器的位置信息，并以所述光源探头中轴线位置为中心利用所述偏角校正模块驱动所述光电倾角仪偏转；

S02、根据半导体激光束通过棱镜反射后照射在光敏面上与中轴线的偏转角度，采集偏激角度以及坐标信息；

S03、依据所述坐标信息构建坐标检测模块检测位置偏差，利用优化BP神经网络算法实现对非线性的校正。

本实施例中，所述偏角校正模块实现激光束与轴承槽法线方向的空间角度的测量，在整个测量中，倾角测量装置随着整个装置旋转，它能给出检测仪旋转过程中靶标位置相对于铅垂方向的倾斜角度值，用于提供数学模型中的角度值，经偏角校正装置、倾角测量装置所得到的角度信息送入坐标测量装置后，计算机对所建数学模型求解，以此实现坐标的精确测量，并得到调整的校正值。

本实施例中，所述偏角校正模块由数据采集及处理系统构成，该模块在自重作用下自然下垂，检测仪转动，由数据采集模块接收到的光点信息通过测量位置转换电路处理、数据转转换后送入外部系统输出位置坐标数据，由坐标值的变化来实现角度的测量。

所述优化BP神经网络算法在对坐标数据进行处理过程中，采用误差函数降低绝对数值小但影响大的变量在权值调整中影响，将其处理为区间在0至1之间适应网络训练。

本实施例中，采用两个隐层的训练策略，最大训练次数均设定为500，网络输出均设定为1.2*1.0

本实施例中，采用BP神经网络算法优化样本数据，采用误差函数使网络在修正其权值时，不仅考虑误差在梯度上的作用，而且考虑在误差曲面上变化趋势的影响，从而优化BP网络可以实现从输入到输出的任意的非线性映射，具有很强的函数逼近能力，提高校正精度。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。