一種稜鏡反射式校準儀及其校準方法與流程
2024-03-22 01:29:05
本發明涉及雷射射擊訓練產品的光軸平行度檢查裝置，特別是涉及一種校準或檢查雷射發射機的雷射發射軸方向與瞄準鏡光軸方向平行度的稜鏡反射式校準儀及其校準方法。
背景技術：
在雷射交戰訓練中，在槍或炮等武器上加裝雷射發射機，其雷射束必須和瞄準線（或瞄準鏡）一致，雷射才能打在瞄準點上。因此通常應將雷射光軸和瞄準線嚴格調整成平行關係，即能對遠距離的目標進行準確打擊。
為了校準或檢查兩個光軸的平行度，通常使用在長距離通道上將雷射束打在網格板上，用攝像頭觀察雷射光斑中心與瞄準點之間的相對位置尺寸的方法。此方法要求有相對較暗的環境，並且要求較遠的空間場地才能達到一定的校準精度。
在雷射交戰產品使用中，一般環境都較為惡劣，空間和環境光都有很多的局限，無法在訓練現場開展有效的檢查測量工作。
如何解決上述問題，並且方便進行兩個光軸的平行度檢查，確保雷射發射機瞄準精度的準確性，並能便捷使用，是雷射交戰射擊訓練產品生產和使用中急需解決的難題。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是雷射發射機中雷射光軸和瞄準光軸平行校準的需求，克服現有技術的缺點，提供一種稜鏡反射式校準儀。
為了解決以上技術問題，本發明提供一種稜鏡反射式校準儀，包括顯示器，還包括箱體，箱體內設有並排的攝像頭和平行光管，攝像頭與顯示器連接，平行光管可在暗背景下產生目標瞄準用的亮十字分劃線，箱體內還設有第一三垂稜鏡，第一三垂稜鏡的兩端分別位於攝像頭與平行光管相鄰部位的正下方，第一三垂稜鏡具有三個相互垂直的反射面，第一三垂稜鏡的一端可接收從正上方投射下的平行光管的光束，另一端可將該光束平行反射至攝像頭內，箱體上正對攝像頭遠離第一三垂稜鏡的部位設有雷射入射窗口，箱體外設有反射稜鏡組，反射稜鏡組包括入射口和出射口，入射口正對平行光管遠離第一三垂稜鏡的部位，檢測時，被檢測雷射發射機的雷射發射筒正對雷射入射窗口，被檢測雷射發射機的瞄準鏡正對出射口。
技術效果：校準儀的箱體產生一個瞄準用的無窮遠亮十字分劃線目標，以提供雷射發射機的瞄準對準，被測雷射發射機的瞄準鏡對準本發明裝置的亮十字分劃線，將雷射射入雷射入射窗口，當雷射入射進校準儀後，通過顯示器可以看到雷射光斑的位置，查看亮十字線圖像和光斑中心的重合度，就可進行雷射發射機兩個光軸的校準或平行性的檢查。本發明採用三垂稜鏡的光束反射設計，可以實現高精度的光束方向控制，達到高精度的雙光軸平行度校準或檢查，使得整機校準精度高、結構簡單、加工工藝簡化、調整操作方便、可靠；此外，本發明的整機裝置在使用時只需在各種簡單的工作檯上即可進行操作，無需環境、場地的光照、大小要求，生產、工作效率將大大提高。
本發明進一步限定的技術方案是：
進一步的，平行燈管包括燈管管體、分劃照明燈、分劃板和準直鏡頭，分劃照明燈位於燈管管體的頂部，分劃板位於分劃照明燈的正下方，準直鏡頭位於燈管管體的底部管口。
前所述的稜鏡反射式校準儀，反射稜鏡組包括依次連接的出光筒、第二三垂稜鏡和第三三垂稜鏡，第一三垂稜鏡、第二三垂稜鏡和第三三垂稜鏡的結構相同且外部均設有稜鏡殼，出光筒的筒口位於入射口位置，雷射可從入射口入射，經出光筒、第二三垂稜鏡和第三三垂稜鏡後，從出射口平行射出。
前所述的稜鏡反射式校準儀，反射稜鏡組具有摺疊旋轉機構，出光筒、第二三垂稜鏡和第三三垂稜鏡相互通過圓筒套接，且用鎖緊螺釘進行緊固。
前所述的稜鏡反射式校準儀，箱體內還設有電源模塊，攝像頭、平行光管分別與電源模塊連接。
前所述的稜鏡反射式校準儀，雷射入射窗口設有衰減片。
前所述的稜鏡反射式校準儀，衰減片配有可切換鏡片結構，並可通過旋轉或套接更換不同衰減係數的衰減片。
本發明的另一目的在於提供一種上述任意一項方案的稜鏡反射校準儀的校準方法，包括以下步驟：
s1、將攝像頭調焦在無窮遠處；
s2、打開分劃照明燈，使平行光管產生暗背景下的亮十字分劃線，用作目標瞄準；第一三垂稜鏡將平行光管的部分光束反射至攝像頭內，並在顯示器上形成對應亮十字線圖像；
s3、打開被檢測的雷射發射機，將雷射發射機的瞄準鏡對準亮十字分劃線；
s4、發射雷射束，雷射束從雷射發射筒經雷射入射窗口射入攝像頭內，並在顯示器上呈現雷射光斑，與亮十字線圖像合成組合圖形；
s5、觀察顯示器上的雷射光斑中心與亮十字線圖像是否重合，若重合，則表示被測入射雷射束和瞄準線平行，若不重合，則判定被檢測雷射發射機的兩個光軸不平行，並對被檢測雷射發射機的發射和瞄準光軸進行調整；
s6、調整第二三垂稜鏡和第三三垂稜鏡之間的摺疊夾角以及旋轉方向，改變瞄準鏡與亮十字分劃線的相對位置，以使亮十字線能擺放到瞄準鏡的正前方中央位置，便於瞄準鏡良好觀察。
本發明的有益效果是：
（1）本發明中，反射稜鏡組採用兩個三垂稜鏡相對放置，將平行光管產生的瞄準目標的光路進行了兩次改變方向反射，按原方向射出，通過兩個稜鏡間摺疊夾角和轉角調整，可在任意位置將光線射出，可以實現大範圍任意位置的瞄準目標窗口布置需要，適應了各種不同型號的產品雷射窗口和瞄準鏡窗口位置差異的需求，用於各種雷射發射機的雷射軸和瞄準軸不同的相對位置使用；
（2）本發明中，攝像頭中亮十字線圖像來自平行光管，通過三垂稜鏡將平行光管的部分平行光反射到攝像頭，自動就能生成亮十字線圖像，無需另外製作顯示分劃；
（3）本發明中，攝像頭入射口徑採用分區設計，入射光中部分區域為分劃回射光，另外一部分區域為被測雷射的入射光，實現了分區光束的圖像合成；
（4）本發明中，由於三垂稜鏡的反射光和入射光有嚴格的平行度關係，因此整機的光軸平行性具有可靠的精度，而且對其他零部件的製造和組裝的要求較低，產品最終的校準光軸平行性能非常可靠；
（5）本發明中，雷射束直射攝像頭時，雷射的亮度過大，產生的圖像將失真，本發明設計了衰減窗口，窗口為衰減片，在保證不影響雷射束的光斑和中心位置的前提下，對雷射強度能進行適當的減弱。
附圖說明
圖1為實施例1的整體結構示意圖；
圖2為實施例1的箱體內部結構示意圖；
圖3為反射稜鏡組示意圖；
圖4為反射稜鏡組的分解結構示意圖；
圖5為三垂稜鏡對光束反射的特性示意圖；
圖6為瞄準線遠離雷射入射窗口的位置示意圖；
圖7為瞄準線位於雷射入射窗口上方的位置示意圖；
其中：1-顯示器；2-箱體；201-雷射入射窗口；3-攝像頭；4-平行光管；401-燈管管體；402-分劃照明燈；403-分劃板；404-準直鏡頭；5-第一三垂稜鏡；6-反射稜鏡組；601-入射口；602-出射口；603-出光筒；604-第二三垂稜鏡；605-第三三垂稜鏡；606-圓筒；607-鎖緊螺釘；7-電源模塊；8-衰減片；9-瞄準鏡；10-雷射發射筒；11-雷射發射機。
具體實施方式
實施例1
一種稜鏡反射式校準儀，結構如圖1~7所示。
參照圖1、2，該校準儀包括顯示器1，還包括箱體2，箱體2內設有並排的攝像頭3和和平行光管4，還設有電源模塊7。顯示器1與攝像頭3連接，攝像頭3、平行光管4分別與電源模塊7連接。
平行燈管包括燈管管體401、分劃照明燈402、分劃板403和準直鏡頭404，分劃照明燈402位於燈管管體401的頂部，分劃板403位於分劃照明燈402的正下方，準直鏡頭404位於燈管管體401的底部管口。平行光管4可在暗背景下產生目標瞄準用的亮十字分劃線。
箱體2內還設有第一三垂稜鏡5。第一三垂稜鏡5的兩端分別位於攝像頭3與平行光管4相鄰部位的正下方，一端可接收從正上方投射下的平行光管4的光束，另一端可將該光束平行反射至攝像頭3內。箱體2上正對攝像頭3遠離第一三垂稜鏡5的部位設有雷射入射窗口201。
箱體2外設有反射稜鏡組6。反射稜鏡組6包括入射口601和出射口602，入射口601正對平行光管4遠離第一三垂稜鏡5的部位，檢測時，被檢測雷射發射機11的雷射發射筒10正對雷射入射窗口201，被檢測雷射發射機11的瞄準鏡9正對出射口602。
參照圖3、4，反射稜鏡組6包括依次連接的出光筒603、第二三垂稜鏡604和第三三垂稜鏡605。反射稜鏡組6具有摺疊旋轉機構，出光筒603、第二三垂稜鏡604和第三三垂稜鏡605相互通過圓筒606套接，且用鎖緊螺釘607進行緊固，可防止脫落和角度調整後的緊固。反射稜鏡組6經出光筒603底部的四個螺釘安裝到箱體2的正面。出光筒603的筒口位於入射口601位置，其位置對應於平行光管4的前方，其光路對應於被第一三垂稜鏡5的稜鏡殼遮擋以外部分的平行光管4輸出光，雷射可從入射口601入射，經出光筒603、第二三垂稜鏡604和第三三垂稜鏡605後，從出射口602平行射出。第一三垂稜鏡5、第二三垂稜鏡604和第三三垂稜鏡605的外部均設有稜鏡殼。
參照圖5，第一三垂稜鏡5、第二三垂稜鏡604和第三三垂稜鏡605的結構相同。包括a、b、c三個相互垂直的反射面，雷射束從三垂稜鏡的底部入射後，經a、b、c三個反射面發生三次全反射，仍然從底部出射。當a、b、c三個反射面互相垂直時，即a⊥b、b⊥c、c⊥a，底部的出射光和入射光將完全平行，不隨入射角的變化而影響。因此稜鏡的姿態有滾動或搖擺等變化時，出射光的方向始終保持不變，保持高精度的平行性。整機設計了三個三垂稜鏡，用於對光路的分解和轉折傳遞。
參照圖6、7，反射稜鏡組6設計為摺疊旋轉機構，其第三三垂稜鏡605的出射口602能由第二三垂稜鏡604和第三三垂稜鏡605的摺疊狀態和整體圍繞出光筒603旋轉而變化。在該出射口602內，能清楚看到無窮遠的瞄準分劃目標，為暗背景下的亮十字分劃線。出射口602的位置變化範圍為以出光筒603為中心，等於以第二三垂稜鏡604和第三三垂稜鏡605的反光軸間距為半徑的圓形區域的兩倍。
上述稜鏡反射式校準儀的使用步驟如下：
s1、將攝像頭3調焦在無窮遠處，用於進行雷射光斑的成像，顯示光斑的樣式；
s2、打開分劃照明燈402，使平行光管4產生暗背景下的無窮遠的亮十字分劃線，用作目標瞄準；第一三垂稜鏡5將平行光管4的部分光束反射至攝像頭3內，並在顯示器1上形成對應亮十字線圖像；
s3、打開被檢測的雷射發射機11，將雷射發射機11的瞄準鏡9對準亮十字分劃線；
s4、發射雷射束，雷射束從雷射發射筒10經雷射入射窗口201射入攝像頭3內，並在顯示器1上呈現雷射光斑，與亮十字線圖像合成組合圖形；
s5、觀察顯示器1上的雷射光斑中心與亮十字線圖像是否重合，若重合，則表示被測入射雷射束和瞄準線平行，若不重合，則判定被檢測雷射發射機的兩個光軸不平行，並對被檢測雷射發射機的發射和瞄準光軸進行調整；
s6、調整第二三垂稜鏡604和第三三垂稜鏡605之間的摺疊夾角以及旋轉方向，改變瞄準鏡9與亮十字分劃線的相對位置，以使亮十字線能擺放到瞄準鏡9的正前方中央位置，便於瞄準鏡9良好觀察
實施例2
在特殊的雷射發射機外形需求下，可將實施例1所述校準儀側面向下，按立式的狀態工作。
實施例3
實施例1所述校準儀與三維調節臺組合工作，方便被測雷射發射機11的擺放和對準，以提高工作效率。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍。