一种二次折返光路扫描仪装置及校准方法与流程

1.本发明涉及扫描仪技术领域，具体是涉及一种二次折返光路扫描仪装置及校准方法。


背景技术：

2.传统扫描仪是镜头光路直入coms的设计形式，直入式扫描仪受到coms姿态以及光路后靠距长度的影响导致仪器过厚过长，造成扫描仪空间利用率不高，整机的体积过大。而且，多次折返加大光线入射coms的位置姿态，折返光路精度很难保证。


技术实现要素：

3.针对传统扫描仪采用镜头光路直入coms的设计形式导致空间利用率不高，扫描仪整机的体积过大的问题，本发明实施例的目的在于提供一种二次折返光路扫描仪装置及校准方法，利用光路折返，优化布局，达到小型化的目的，以解决上述背景技术中的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.第一方面，本发明提供了一种二次折返光路扫描仪装置，包括：
6.光路折返模块，所述光路折返模块设置在光学镜头与coms之间，用于光路的控制，将单段光路拆分成多段光路；
7.其中，所述光路折返模块包括一次折返镜、二次折返镜以及折返支架，所述一次折返镜以及二次折返镜装配在折返支架上，所述一次折返镜以及二次折返镜用于对光路折返，调整光线入射coms的位置姿态。
8.作为本发明进一步的方案，所述折返支架上设有用于所述一次折返镜以及二次折返镜装配的安装球面，所述一次折返镜以及二次折返镜装配在所述折返支架的安装球面内，所述安装球面与所述一次折返镜以及二次折返镜的镜片球面之间注入有阻尼油脂。
9.作为本发明进一步的方案，所述一次折返镜以及二次折返镜上设有用于对镜体的空间任意自由度进行调整的微调手柄。
10.作为本发明进一步的方案，所述二次折返光路扫描仪装置校准时，还包括检验标靶、光学平台以及电脑，所述二次折返光路扫描仪装置以及校准标靶安装在所述光学平台上，校准时，控制校准标靶与二次折返装置的位置至镜头光轴与激光器光轴交点，靶心的中心与基准点重合。
11.作为本发明进一步的方案，所述检验标靶呈棋盘格形式，并突出中心点位。
12.作为本发明进一步的方案，所述折返支架的安装球面上还设有注胶口，所述注胶口注入uv胶，在靶心的中心与基准点重合后，使用uv灯对uv胶完全固化，固定所述一次折返镜以及二次折返镜。
13.作为本发明进一步的方案，所述二次折返光路扫描仪装置，还包括机械外壳，所述机械外壳包括上下两部分外壳，在上下外壳的装配面设有密封槽以及止口结构，所述密封槽中内置有密封圈。
14.作为本发明进一步的方案，所述机械外壳的内部腔体表面采取磨砂黑色表面处理，用于降低光线在装置内部的折射。
15.第二方面，本发明提供了一种二次折返光路扫描仪装置的校准方法，包括以下步骤：
16.步骤一、将折返镜装配在折返支架的安装球面内，并在安装球面和折返镜的镜片球面之间注入阻尼油脂，通过折返镜的微调手柄对镜体的空间任意自由度进行调整，阻尼油使折返镜稳定处于安装球面空间中的任意位置；
17.步骤二、借助检验标靶，将二次折返装置、校准标靶安装在光学平台上，控制校准标靶与二次折返装置的位置至镜头光轴与激光器光轴交点，靶心的中心与基准点重合；
18.步骤三、启动二次折返光路扫描仪装置，将图像上传至工作电脑，实时微调折返镜使得校准标靶的中心在电脑成像中心，并使折返镜的镜片在校准位置保持不动；
19.步骤四、在注胶口注入高性能uv胶，在检验标靶的中心成像完全居中后，使用uv灯对uv胶进行完全固化，镜片完成校准并固定。
20.作为本发明进一步的方案，使用uv灯对uv胶进行完全固化之后，还包括：擦拭、清理溢出的阻尼油，并在折返镜的镜片口部一圈涂抹uv胶，进行固化，完成对内部阻尼油的密封，至此校准完成。
21.综上所述，本发明实施例与现有技术相比具有以下有益效果：
22.本发明的二次折返光路扫描仪装置结构紧凑，利用光路折返，优化布局，达到小型化的目的。其他领域如医疗器械存在类似光路折返的应用。通过改变光路的路径，可以自由调整核心器件的位置和姿态，使得扫描仪装置在结构上有更大的变化性，提高整机空间利用率，从而达到小型化的目的。
23.本发明的二次折返光路扫描仪装置及校准方法具备以下优点：
24.(1)扫描仪的体积小，节省空间。相对于直入式扫描仪受到coms姿态以及光路后靠距长度的影响导致仪器过厚过长的情况。本发明设计一种光线折返形式：利用折射镜对光线的反射原理，设计光路折返模块，实现coms板的空间姿态的改变(“立”式变成“平”式)，节省空间占用，实现使扫描仪小型化的目的。
25.(2)二次折返扫描仪的光路精度高。相对于直入式扫描仪多次折返加大光线入射coms的位置姿态，折返光路精度很难保证的情况。本发明设计精密微调机构，可以实现对折返镜片在空间中的6个自由度的完全控制，并设计检验标靶用于光路的位置精度的校准，保证光路的超高位置精度(微米级)。
26.(3)折返镜片微调过程中的稳定悬停。本发明的折返模块使用高性能阻尼油，保证折返镜片在任意位置稳定悬停，该阻尼油具备高粘度、高阻尼的特点。
27.(4)二次折返扫描仪的精度稳定。由于扫描仪精度稳定性受到环境温度、结构强度的影响，而折返模块的存在增加变量，削弱扫描仪的稳定性。本发明选用低热膨胀系数的材料，解决温度对系统的影响；核心零件之间的安装除采用螺丝固定外全部点胶，保证不会发生相对位移。
28.(5)二次折返不会造成光线衰弱。本发明使用超高反射镜，达到光线基本无损的效果；设计外壳全密封的结构形式，阻止外部光线的进入；外壳内部使用磨砂黑色表面处理，减弱光线在整机内部的反射。
29.为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
30.图1为发明实施例的一种二次折返光路扫描仪装置的结构示意图。
31.图2为发明实施例的一种二次折返光路扫描仪装置中微调手柄的结构示意图。
32.图3为发明实施例的一种二次折返光路扫描仪装置中折返支架的结构示意图。
33.图4为发明实施例的一种二次折返光路扫描仪装置中安装球面的结构示意图。
34.图5为发明实施例的一种二次折返光路扫描仪装置中一次折返镜的结构示意图。
35.图6为发明实施例的一种二次折返光路扫描仪装置中二次折返镜的结构示意图。
36.图7为发明实施例的一种二次折返光路扫描仪装置中检验标靶的结构示意图。
37.图8为发明实施例的一种二次折返光路扫描仪装置中机械外壳的结构示意图。
38.图中附图标记：
39.1-一次折返镜、2-二次折返镜、3-折返支架、4-光学镜头、5-coms、6-激光器可调法兰、7-激光器、8-检验标靶、9-折返光路、10-微调手柄、11-注胶口、12-镜片球面、13-安装球面、14-反射面、15-止口结构、16-密封圈、17-上外壳、18-下外壳。
具体实施方式
40.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的首选实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容更加透彻全面。
41.下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
42.参见图1至图8所示，一种二次折返光路扫描仪装置，包括光路折返模块。所述光路折返模块设置在光学镜头4与coms5之间，用于光路的控制，将单段光路拆分成多段光路。
43.其中，所述光路折返模块包括一次折返镜1、二次折返镜2以及折返支架3，所述一次折返镜1以及二次折返镜2装配在折返支架3上，所述一次折返镜1以及二次折返镜2用于对光路折返，调整光线入射coms5的位置姿态。
44.参见图1、图3和图4所示，所述折返支架3上设有用于所述一次折返镜1以及二次折返镜2装配的安装球面13，所述一次折返镜1以及二次折返镜2装配在所述折返支架3的安装球面13内，所述安装球面13与所述一次折返镜1以及二次折返镜2的镜片球面12之间注入有阻尼油脂。
45.在本技术的实施例中，通过精密加工，使得折返支架3的安装球面13轮廓度不大于0.008mm；折返镜的镜片球面12轮廓度不大于0.008mm，同时设计支架安装球面13半径比折返镜的镜片球面12大0.018mm，精准控制半径差。
46.在本技术的实施例中，参见图2所示，所述一次折返镜1以及二次折返镜2上设有用于对镜体的空间任意自由度进行调整的微调手柄10。
47.将折返镜体装配在折返支架3的安装球面13内，并在折返支架3的安装球面13和镜片球面12之间注入高性能阻尼油脂，可通过折返镜的微调手柄10对镜体的空间任意自由度进行精密调整，同时高性能阻尼油可以稳定保持折返镜在空间中的任意位置。
48.在本技术的实施例中，二次折返扫描装置选用阻尼油脂参数如下：所选用的高性能阻尼油脂为埃科l系列阻尼油，该阻尼油具备高粘度、高阻尼的特点，可提供扭力值为70-75gf.cm(25℃条件下测量)，动力粘度可达120000mpas(21℃条件下测量)，锥入度为400(25℃条件下测量，阻尼油液面厚度为0.1mm)，以满足本技术的二次折返扫描装置需求。
49.在本技术的实施例中，所述二次折返光路扫描仪装置校准时，还包括检验标靶8、光学平台以及电脑，所述二次折返光路扫描仪装置以及校准标靶安装在所述光学平台上，校准时，控制校准标靶与二次折返装置的位置至镜头光轴与激光器7光轴交点，靶心的中心与基准点重合。
50.在本技术的实施例中，参见图7所示，所述检验标靶8呈棋盘格形式，并突出中心点位，使用陶瓷材料保证足够高的平面度，平面度为0.005mm。
51.在本技术的实施例中，所述折返支架3的安装球面13上还设有注胶口11，所述注胶口11注入uv胶，在靶心的中心与基准点重合后，使用uv灯对uv胶完全固化，固定所述一次折返镜1以及二次折返镜2，其中，高性能uv胶可保持工作温度在-30℃-70℃稳定的形态，在检验标靶的中心成像完全居中后，使用uv灯对uv胶进行完全固化，镜片完成固定。
52.在本技术的实施例中，参见图8所示，所述二次折返光路扫描仪装置，还包括机械外壳，所述机械外壳包括上下两部分外壳，在上下外壳的装配面设有密封槽以及止口结构15，所述密封槽中内置有密封圈16。
53.在本技术中，二次折返扫描装置选用反射镜参数以及密封形式如下：
54.参见图5所示，所述一次折返镜1使用反射面14的反射率大于99.9％的超高反射镜；所述二次折返镜2使用反射面14的反射率大于99.9％的超高反射镜。
55.其中，机械外壳分为上外壳17和下外壳18，在装配面设计矩形密封槽(宽度为1.2mm，深度为0.8mm)，内置密封圈16(线径为1mm)；同时结构设计止口结构15，共同防止外部环境光线的影响。
56.在本技术的实施例中，所述机械外壳的内部腔体表面采取磨砂黑色表面处理，用于降低光线在装置内部的折射。
57.另外，二次折返扫描装置对材料要求以及结构定位形式如下：
58.本发明设计得折返支架3、激光器可调法兰6以及机械外壳选用热膨胀系数小于24e-6/k的刚性材料，消除温度的变化对光学、结构相对位置的影响。
59.进一步，核心元件之间采用一面两销的结构方式精准定位，销孔间隙不大于0.06mm；核心零件(折返支架3、折返镜、光学镜头4的镜头法兰、激光器7的激光器可调法兰6等)除使用螺丝固定外，全部通过点胶处理。
60.本发明的二次折返光路扫描仪装置相对于传统扫描仪，具有以下优点：
61.1、扫描仪的体积小，节省空间。相对于直入式扫描仪受到coms5姿态以及光路后靠距长度的影响导致仪器过厚过长的情况。本发明设计一种光线折返形式：利用折射镜对光线的反射原理，设计光路折返模块，实现coms5板的空间姿态的改变“立”式变成“平”式，节省空间占用，实现使扫描仪小型化的目的。
62.2、二次折返扫描仪的光路精度高。相对于直入式扫描仪多次折返加大光线入射coms5的位置姿态，折返光路9精度很难保证的情况。本发明设计精密微调机构，可以实现对折返镜片在空间中的6个自由度的完全控制，并设计检验标靶8用于光路的位置精度的校
准，保证光路的超高位置精度微米级。
63.3、折返镜片微调过程中的稳定悬停。本发明的折返模块使用高性能阻尼油，保证折返镜片在任意位置稳定悬停，该阻尼油具备高粘度、高阻尼的特点。
64.4、二次折返扫描仪的精度稳定。由于扫描仪精度稳定性受到环境温度、结构强度的影响，而折返模块的存在增加变量，削弱扫描仪的稳定性。本发明选用低热膨胀系数的材料，解决温度对系统的影响；核心零件之间的安装除采用螺丝固定外全部点胶，保证不会发生相对位移。
65.5、二次折返不会造成光线衰弱。本发明使用超高反射镜，达到光线基本无损的效果；设计外壳全密封的结构形式，阻止外部光线的进入；外壳内部使用磨砂黑色表面处理，减弱光线在整机内部的反射。
66.参见图1至图8所示，本发明提供了一种二次折返光路扫描仪装置的校准方法，包括以下步骤：
67.步骤一、将折返镜装配在折返支架3的安装球面13内，并在安装球面13和折返镜的镜片球面12之间注入阻尼油脂，通过折返镜的微调手柄10对镜体的空间任意自由度进行调整，阻尼油使折返镜稳定处于安装球面13空间中的任意位置；
68.步骤二、借助检验标靶8，将二次折返装置、校准标靶安装在光学平台上，控制校准标靶与二次折返装置的位置至镜头光轴与激光器7光轴交点，靶心的中心与基准点重合；
69.步骤三、启动二次折返光路扫描仪装置，将图像上传至工作电脑，实时微调折返镜使得校准标靶的中心在电脑成像中心，并使折返镜的镜片在校准位置保持不动；
70.步骤四、在注胶口11注入高性能uv胶，在检验标靶8的中心成像完全居中后，使用uv灯对uv胶进行完全固化，镜片完成校准并固定。
71.在本技术的实施例中，使用uv灯对uv胶进行完全固化之后，还包括：擦拭、清理溢出的阻尼油，并在折返镜的镜片口部一圈涂抹uv胶，进行固化，完成对内部阻尼油的密封，至此校准完成。
72.在本技术的实施例中，所述折返镜包括一次折返镜1和二次折返镜2，其中，所述一次折返镜1与平面xoy的夹角为98
°
，与平面xoz的夹角为170.8
°
；所述二次折返镜2与平面xoy的夹角为47.1
°
，与平面xoz的夹角为104
°
，光路偏差不大于1um。
73.本发明的二次折返光路扫描仪装置结构紧凑，利用光路折返，优化布局，达到小型化的目的。其他领域如医疗器械存在类似光路折返的应用。通过改变光路的路径，可以自由调整核心器件的位置和姿态，使得扫描仪装置在结构上有更大的变化性，按照这种思路实现合理布局，提高整机空间利用率，从而达到小型化的目的。
74.以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，仅是本发明的优选实施方式。本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。