一种用于测量激光器束散角的装置及其检测方法

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及一种用于测量激光器束散角的装置及其检测方法。

背景技术

目前绝大多数光电瞄准具采用激光进行测距，产品对激光器的测距性能均提出了很高的要求，尤其是激光器的束散角和出光位置。传统的激光器束散角测量方法有焦斑法和打孔法，其中焦斑法是通过相纸的烧焦直径或面积来测算激光器束散角；打孔法是通过测量不同孔径的激光能量来估算束散角。

光电瞄准具-激光器，在生产和验收过程中，利用打孔法测量激光器束散角，测量时，将激光能量计接收靶面放置在焦距f=1.6m的平行光管焦面处，发射激光后发现接收靶面严重损伤，在接收靶面上出现多个坑点。接收靶面为一层薄膜，如继续按此方法测量激光器束散角，接收靶面将可能被彻底破坏，无法使用，该接收靶面采购周期长，标定费用高；且接收靶面破坏后将会导致激光器输出能量不小于18mJ也无法验收。

因此如何保质保量地完成产品的生产和验收，并提高工作效率，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种用于测量激光器束散角的装置及其检测方法，以克服上述技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测量激光器束散角的装置，包括底板，底板的板面安装有立板和定位板，其中立板是由长臂板和短臂板组成的L型结构，且L型结构的L形侧壁紧贴固接于底板的板面，长臂板与定位板互相平行且相对，定位板的板面开设有供定位螺钉旋拧贯穿的螺孔，短臂板的板面开设有供激光穿过的出光孔；

长臂板、短臂板和定位板围绕组成了容置激光器的U型空间。

进一步地，短臂板的背离U型空间的板面开设有U形开口槽，U形开口槽的槽深沿着板面自上至下一致，其中出光孔位于U形开口槽的中心。

进一步地，长臂板和短臂板的连接处分为内外两个转角，分别是位于U型空间外部的外转角，外转角呈90度，以及位于U型空间内部的内转角，内转角所在板壁开设有自上至下贯穿而设的多边开口槽。

优选地，长臂板的长度大于定位板的长度，且定位板正对长臂板，定位板具有靠近短臂板的A侧板壁，以及与A侧板壁相对的B板壁，其中A侧板壁与短臂板之间留有间隙，B板壁在长臂板上的投影位于U型空间内部。

进一步地，定位板是由竖直板和水平板组成的L型板，其中竖直板正对长臂板，且供定位螺钉旋拧贯穿的螺孔开设于竖直板，水平板位于U型空间外部并与底板互相平行紧贴，且水平板通过螺栓固定于底板。

优选地，底板的板面上均匀布设有若干个固位螺钉，通过固位螺钉可将用于测量激光器束散角的装置安装于光具座。

本发明还保护了一种用于测量激光器束散角的检测方法，至少包括用于测量激光器束散角的装置，检测方法如下：

步骤001.搭建光路

放置被测激光器于U型空间内，使被测激光器的出射激光对准短臂板上的出光孔，并在底板上安装12.5倍望远镜组，完成用于测量激光器束散角的装置的组装，然后将测量装置安装于光具座，并在光具座上安装平行光管，同时在平行光管的焦平面位置的夹持器上放置激光相纸，确保被测激光器的出射激光以及平行光管的出射光可以平行到达激光相纸；

步骤002.测量束散角

开启被测激光器，发射激光，测量激光相纸上的光斑直径D

进一步地，步骤001搭建光路具体包括：

步骤101.将用于测量激光器束散角的装置安装在光具座导轨上，调节测量装置的高度，确保测量装置的出光孔中心与平行光管的光轴高度一致；

步骤102.将水准器放置于底板，调节固位螺钉，使底板的基准面处于水平位置，保证被测激光器的光轴平行于平行光管的光轴，不平行度≤30´；

步骤103.先轴向调节12.5倍望远镜组的目镜位置直至可清晰地观察到分划板上的十字分划，再调整12.5倍望远镜组的方位和俯仰直至可清晰地观察到平行光管的焦平面；

步骤104.放置被测激光器于测量装置的U型空间内，使被测激光器得基准面分别紧贴于长臂板、短臂板和底板，然后旋拧定位螺钉直至其尾部抵接于被测激光器；

步骤105.在平行光管的焦平面位置的夹持器上放置X长度的激光相纸，X长度需满足测量m次的需要。

进一步地，步骤002测量束散角具体包括：

步骤201.接通被测激光器的电源，调整被测激光器的触发电压使其等于被测激光器单峰域的中间值；

步骤202.按压被测激光器的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光五次，且发射激光的同时要移动激光相纸；

步骤203.利用游标卡尺测量激光相纸上的光斑直径，取m次测量的平均值D´；

步骤204.根据公式θ= D

步骤205.比较被测激光器的束散角θ与激光器制造与验收规范中要求的束散角θ

进一步地，还包括步骤003，测量被测激光器的出光位置，具体包括：

步骤301.在短臂板的出光孔位置放置相纸，相纸必须平整；

步骤302.接通被测激光器的电源，调整被测激光器的触发电压使其等于被测激光器单峰域的最小值，按压被测激光器的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光十次，被测激光器应发射激光；

步骤303.调整被测激光器的触发电压使其等于被测激光器单峰域的最大值，按压被测激光器的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光十次，被测激光器应不出双峰；

步骤304.调整被测激光器的触发电压使其等于被测激光器单峰域的中间值，按压被测激光器的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光五次，发射激光的同时移动出光孔位置的相纸；

步骤305.观察出光孔位置相纸上的激光光斑，若符合圆整规则，且激光光斑直径与被测激光器的激光棒直径相等，则表明被测激光器的出光位置和出光不平行度不大于1.5´，那么被测激光器的出光位置合格。

本发明的有益效果如下：

提出了激光器束散角的测量装置，利用该测量装置可以获得被测激光器的束散角，在获得束散角的同时利用平行光管对其获得过程进行校正，而整个测量过程不存在破坏激光能量计接收靶面的问题，且可反复利用，无需人工干预，并可应用在激光器的装配、调试和检验过程中，并可非常方便地推广和应用到同类产品的装配、调试和检验中。

在测量激光器束散角的同时，测量装置还可以测量激光器的出光位置，主要是通过立板检测激光器的出光不平行度，也就是使用同一测量装置可以达到对束散角和出光位置的共同调试、验收。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是用于测量激光器束散角的装置的结构图。

图2是用于测量激光器束散角的装置的测量光路图。

图3是用于测量激光器束散角的装置的原理图。

图4是定位板的结构示意图。

附图标记说明：

1.底板；2.立板；3.定位板；4.定位螺钉；5.U形开口槽；6.多边开口槽；7.固位螺钉；8.平行光管；9.激光相纸；10.12.5倍望远镜组；11.被测激光器；12.电源；13.用于测量激光器束散角的装置；14.U型空间；

201.长臂板；202.短臂板；

301.A侧板壁；302.B板壁。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，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其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的用于测量激光器束散角的装置的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施方式：

本发明的第一实施方式涉及用于测量激光器束散角的装置，如图1所示，包括底板1，底板1的板面安装有立板2和定位板3，其中立板2是由长臂板201和短臂板202组成的L型结构，且L型结构的L形侧壁紧贴固接于底板1的板面，长臂板201与定位板3互相平行且相对，定位板3的板面开设有供定位螺钉4旋拧贯穿的螺孔，短臂板202的板面开设有供激光穿过的出光孔；

长臂板201、短臂板202和定位板3围绕组成了容置激光器的U型空间14。

用于测量激光器束散角的装置的工作原理如下：

将被测激光器11放置于于U型空间14内，使被测激光器11的出射激光对准短臂板202上的出光孔，并在底板1上安装12.5倍望远镜组10，完成用于测量激光器束散角的装置13的组装，然后将测量装置安装于光具座，并在光具座上安装平行光管8，同时在平行光管8的焦平面位置的夹持器上放置激光相纸9，确保被测激光器11的出射激光以及平行光管8的出射光可以平行到达激光相纸9，该测量装置可以完成激光器束散角的测量以及出光位置的测量。

测量激光器束散角：

参照图2和图3，接通被测激光器11的电源12，调整被测激光器11的触发电压使其等于被测激光器11单峰域的中间值，按压被测激光器11的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光五次，且发射激光的同时要移动激光相纸9，利用游标卡尺测量激光相纸9上的光斑直径，取m次测量的平均值D´，根据公式θ= D

测量出光位置：

在短臂板202的出光孔位置放置相纸，相纸必须平整，接通被测激光器11的电源12，调整被测激光器11的触发电压使其等于被测激光器11单峰域的最小值，按压被测激光器11的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光十次，被测激光器11应发射激光，调整被测激光器11的触发电压使其等于被测激光器11单峰域的最大值，按压被测激光器11的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光十次，被测激光器11应不出双峰，调整被测激光器11的触发电压使其等于被测激光器11单峰域的中间值，按压被测激光器11的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光五次，发射激光的同时移动出光孔位置的相纸，观察出光孔位置相纸上的激光光斑，若符合圆整规则，且激光光斑直径与被测激光器11的激光棒直径相等，则表明被测激光器11的出光位置和出光不平行度不大于1.5´，那么被测激光器11的出光位置合格。

参照图1，在测试过程中，底板1必须水平放置。

立板2的作用是引导被测激光器11的放置，即限制被测激光器11置于U型空间14内，确保出光不平行度不大于1.5´。

定位板3的作用是固定被测激光器11，由于被测激光器11具有多种型号，而各个型号的尺寸也不同，为了保证固定的牢固性，在定位板3的中心开设了螺孔，螺孔内旋拧定位螺钉4，直至定位螺钉4的尾部抵接于被测激光器11的外表面。

在本实施方式中，主要是利用放置在光具座平行光管焦平面位置的相纸接收激光，测量相纸上光斑直径大小D

第二实施方式：

本实施方式涉及用于测量激光器束散角的装置，如图1所示，包括底板1，底板1的板面安装有立板2和定位板3，其中立板2是由长臂板201和短臂板202组成的L型结构，且L型结构的L形侧壁紧贴固接于底板1的板面，长臂板201与定位板3互相平行且相对，定位板3的板面开设有供定位螺钉4旋拧贯穿的螺孔，短臂板202的板面开设有供激光穿过的出光孔；

长臂板201、短臂板202和定位板3围绕组成了容置激光器的U型空间14。

为了方便测量出光位置（出光不平行度），出光短臂板202的背离U型空间14的板面开设有U形开口槽5，U形开口槽5的槽深沿着板面自上至下一致，其中出光孔位于U形开口槽5的中心，当要测量出光不平行度时，可以将相纸放置在U形开口槽5内。

长臂板201和短臂板202的连接处分为内外两个转角，分别是位于U型空间14外部的外转角，外转角呈90度，以及位于U型空间14内部的内转角，内转角所在板壁开设有自上至下贯穿而设的多边开口槽6，该多边开口槽6的目的是便于放置不同型号的被测激光器11，即起到让位的作用，此外，也可以在被测激光器11与长臂板201之间放置垫板，垫板的边部可以嵌入多边开口槽6内，垫板的作用是调整被测激光器11的位置。

也就是说，被测激光器11在U型空间14内部的固定有两种调节方式，一种是通过定位螺钉4，另外一种是通过加入垫板，以达到使各类激光器均可使用本测量装置的目的。

具体地，为了便于安装，定位板3是由竖直板和水平板组成的L型板，其中竖直板正对长臂板201，且供定位螺钉4旋拧贯穿的螺孔开设于竖直板，水平板位于U型空间14外部并与底板1互相平行紧贴，且水平板通过螺栓固定于底板1。

为了便于放入各类型号的被测激光器11，长臂板201的长度大于竖直板的长度，且竖直板正对长臂板201，如图1和图4所示，竖直板具有邻近短臂板202的A侧板壁301，以及与A侧板壁301相连的B板壁302，其中A侧板壁301与短臂板202之间留有间隙，B板壁302在长臂板201上的投影位于U型空间14内部。

以上仅是立板2和定位板3在底板1的最佳位置分布，但并不仅限于此，也可以是其他分布方式，在此不作详细的说明。

底板1的板面上均匀布设有若干个固位螺钉7，通过固位螺钉7可将用于测量激光器束散角的装置安装于光具座，由于底板1须水平放置于光具座导轨，因此可以通过固位螺钉7进行调节。

第三实施方式：

本实施方式提供了一种用于测量激光器束散角的检测方法，至少包括用于测量激光器束散角的装置，检测方法如下：

步骤001.搭建光路

放置被测激光器11于U型空间14内，使被测激光器11的出射激光对准短臂板202上的出光孔，并在底板1上安装12.5倍望远镜组10，完成用于测量激光器束散角的装置的组装，然后将测量装置安装于光具座，并在光具座上安装平行光管8，同时在平行光管8的焦平面位置的夹持器上放置激光相纸9，确保被测激光器11的出射激光以及平行光管8的出射光可以平行到达激光相纸9，参见图2；

激光相纸9优选1.06um激光相纸，平行光管8的焦距f=1600mm。

因观测者眼睛的视度存在差异，特将12.5倍望远镜组设计成目镜轴向可调，满足视度±5D要求，轴向调节12.5倍光学望远镜组目镜的位置，直至可清晰地观察到分划板上的十字分划；调整12.5倍望远镜组的方位和俯仰，通过12.5倍望远镜组可清晰地观察到光具座平行光管的焦平面。

该装置设有保证被测激光器与光具座平行光管光路平行的基准底板、保证出光位置不大于1.5＇的基准立板、固定激光器组件的定位板、激光工艺电源及由方位和俯仰可调的望远镜组、被测激光器和光具座平行光管等共同组成的一套同轴球面光学系统等。

利用放置在光具座平行光管焦平面位置的相纸接收激光，测量相纸上光斑直径大小D焦，通过θ= D

步骤002.测量束散角

开启被测激光器11，发射激光，测量激光相纸9上的光斑直径D

具体地，步骤001搭建光路具体包括：

步骤101.将用于测量激光器束散角的装置安装在光具座导轨上，调节测量装置的高度，确保测量装置的出光孔中心与平行光管8的光轴高度一致；

步骤102.将水准器放置于底板1，调节固位螺钉7，使底板1的基准面处于水平位置，保证被测激光器11的光轴平行于平行光管8的光轴，不平行度≤30´；

步骤103.先轴向调节12.5倍望远镜组10的目镜位置直至可清晰地观察到分划板上的十字分划，再调整12.5倍望远镜组10的方位和俯仰直至可清晰地观察到平行光管8的焦平面；

步骤104.放置被测激光器11于测量装置的U型空间14内，使被测激光器11得基准面分别紧贴于长臂板201、短臂板202和底板1，然后旋拧定位螺钉4直至其尾部抵接于被测激光器11；

步骤105.在平行光管8的焦平面位置的夹持器上放置X长度的激光相纸9，X长度需满足测量m次的需要。

具体地，步骤002测量束散角具体包括：

步骤201.接通被测激光器11的电源12，调整被测激光器11的触发电压使其等于被测激光器11单峰域的中间值；

步骤202.按压被测激光器11的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光五次，且发射激光的同时要移动激光相纸9；

步骤203.利用游标卡尺测量激光相纸9上的光斑直径，取m次测量的平均值D´；

步骤204.根据公式θ= D

步骤205.比较被测激光器11的束散角θ与激光器制造与验收规范中要求的束散角θ

还包括步骤003，测量被测激光器11的出光位置，具体包括：

步骤301.在短臂板202的出光孔位置放置相纸，相纸必须平整；

步骤302.接通被测激光器11的电源12，调整被测激光器11的触发电压使其等于被测激光器11单峰域的最小值，按压被测激光器11的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光十次，被测激光器11应发射激光；

步骤303.调整被测激光器11的触发电压使其等于被测激光器11单峰域的最大值，按压被测激光器11的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光十次，被测激光器11应不出双峰；

步骤304.调整被测激光器11的触发电压使其等于被测激光器11单峰域的中间值，按压被测激光器11的触发按钮，以六秒或三秒一次的频率发射激光五次，发射激光的同时移动出光孔位置的相纸；

步骤305.观察出光孔位置相纸上的激光光斑，若符合圆整规则，且激光光斑直径与被测激光器11的激光棒直径相等，则表明被测激光器11的出光位置和出光不平行度不大于1.5´，那么被测激光器11的出光位置合格。

经过激光器的实际装调及检验，已证明测量激光器束散角的装置测量精度高，可实施性强，稳定性好，具有自动测量的优点，适合在线测量，并可一次测出激光器的多项指标真实值，是激光器调试、验收必备的设备仪器。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。