面向光子学专业人员的全站仪自准直仪

        一连串的技术正在重塑我们的生活，其中包括增强现实、虚拟现实、激光雷达、自动驾驶、3 d 技术、互联设备和集成软件。所有这些技术都基于光子学原理，更具体地说是集成了激光、相机、激光雷达、精密结构、光学元件和图像投影设备的系统。这些即将推出的一体化设备要求在生产线能够快速、高精度地测量各个子部件之间的相互关系和精确度。新全站仪特别适合的典型测量数据包括:

· 激光器、系统光轴和相机投影屏幕的调节

· 激光阵列(vcsel)投影测量

· 结构中轴相对于光轴的测量

· 测量激光雷达及其角阵分布

       该技术将多台仪器合并为一台自准直仪，从而开辟了新的视野，实现了复杂多组系统的高性能测量。新型自准直仪是一种全站仪自准直仪装置。

多工具电子全站仪自准直仪

       在现代科学和工业激光应用中，机械子部件、光学设备、激光束和照相机之间的共同对还是一个挑战。

        传统上，进行这样的测量需要多个仪器——电子自准直仪、千分尺、激光光束轮廓仪和各种高精度机械零件。为实现共同对准，还需要多个波长带宽。对于这个复杂的协调为了提供一个精确的无触摸系统，我们将它合并到一个基于电子自准直仪的多工具系统。该平台集成了自动准直、光束剖面、具有精确图像处理功能的聚焦望远镜和能够远距离测量机械偏差的工具。该系统还提供了基于照明参考十字的目标。

       因此，我们开发了一个电子自动准直仪，并将其转化为一个多工具设备，能够完全将复杂的系统对。它由一个专门的软件控制，也能够生成对齐报告。

       接下来，我们将讨论典型的应用——包括激光光学瞄准和机械件要求，并且我们将演示具体的测量方法。

       作为多个仪器联合量测的替代方法，我们将多个传感器集成到一个先进的自准直仪中，这可以用于解决日常应用中的许多问题。这个升级后的设备特别提供了一个集成到自准直仪的激光束分析器，它用于补充自准直仪的机动聚焦，可以操作从紫外到近红外及以上的波长。所有的光学元件包括多波长光源都是精密安装的，整个仪器是坚固和稳定的，这可以为各种应用提供精确的光束指向和稳定性。通过保持光束剖面装置与自准直仪瞄准线的对准，为激光器与光学元件和望远镜瞄准具的集成和对准提供了一个新的应用领域。此外，在一个传感器上集成多个独立的光束剖面测量，实习了VCSEL 测量及与特定光学组件对准的目标。

       乍一看，这个多任务自准仪看起来和它上一代很相似，但是它的传感系统已经大大升级成如下:

·  一个从深紫外到近红外灵敏的两用相机被用作自准直仪传感器，以及一束剖面仪

· 多光源照明可以投射不同颜色的交叉线，以创建多个交叉，满足特定的需要

· 电动调节，电脑控制的自动聚焦，以补偿不同波长投影成像的差异

· 通过软件操作选择，自准直器将自身转换成光束剖面望远镜，接受各种激光束进行方向和发散分析

·  软件的另一个功能，可以精确测量激光器的M2编码

·  自准直仪的自动对焦功能可实现在预设距离校准聚焦，它由软件和系统控制，可以投射虚拟目标令外部摄像机和激光器聚焦

·  内置对准激光器将视线指向一个清晰可见的方向，实现快速、准确的对准

实际应用

       今天手势、人脸识别、无人机和3 d 扫描应用市场的快速增长，使得电子、机械和光学系统之间联动性更多，从而产生了对新的电动工具设备的需求。虽然现有技术能对其进行校准和测量，但多任务、高精度量测的集成设备能实现更快、更好的校准。

图2: VCSEL阵列和外部相机的对准

       有时候，对于这些应用，需要对准摄像系统和激光系统，如典型的准直 VCSEL 阵列，以及扫描应用的机械定位和直线度。图2中的方案演示了一个应用，其中摄像机和 VCSEL 设备通过分束器耦合在一起，并绘制出必要的对齐轴，每个轴具有线性机械要求以及围绕这个线性方向的角度规格。

图3: 使用全站自动准直仪对VCSE阵列和外部相机的视线实现对准

       这种设置对准的典型要求如下:

· VCSEL 光学装置和相机装置之间的同心度(每个装置与自准直仪的距离不同)

· 激光投影仪的激光束和系统的同心度

· 托架的对齐保持力是各方向距离的函数。

· 光学器件相对于分束器前表面的安装精度

· 不同波长的测试

· 测试相机或VCSEL组件的聚焦距离，从2.5米到无穷远

图4: 使用自准直仪进行横向测量的界面截图，距离测量平面334毫米。x & y 方向的偏差以毫米为单位显示，具有微分辨率。

       综上，未来的目标是——这将作为光学实验室基石的百年技术现代化升级，打造出一款长期服务于现代工业的全站仪。