一种大面积平行离散光束发射装置

摘要

本发明公开了一种大面积平行离散光束发射装置，包括机架、十字线激光器、转轴、电动机、两个导电环、菲涅尔透镜及栅格板；机架的一端固定安装有菲涅尔透镜及支撑筒，栅格板设置在支撑筒的前端；机架的另一端内孔内设有转轴，转轴的中心线与菲涅尔透镜的焦轴共线，转轴的前端设有十字线激光器，后端与电机连接；十字线激光器的光线发射点位于圆形菲涅尔透镜的焦点位置，十字线激光器供电正负极通过电缆、两导电杆分别与两导电环连接。本发明通过菲涅尔透镜将十字线激光器发射的光线变成平行光，通过栅格板对平行光离散，得到大面积高精度的离散平行光束，本发明还具有结构简单，成本低的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种平行光源发生装置，特别是涉及一种大面积平行离散光束发射装置，属于太阳能聚光器的反射镜检测与安装调试应用技术领域。

背景技术

随着太阳能光热利用技术的发展，对聚光器的光学性能要求日益增高，而在大型聚光器的反射镜面面型检测、安装与调试过程中，均需要利用到基础的平行光源，且由于反射镜面的尺寸较大，一般需要大面积的平行光源，且在视觉检测过程中需要获得可识别的极细离散光束。

当前，光学仪器中的平行光管是具有一定精度平行光源装置，但是结构复杂、造价昂贵，同时平行光管光源的口径有限，且照射的光线为连续型，不能获得可识别的离散光束。中国专利CN204372612U中公开了一种机器视觉成像系统的平行光源装置，是通过LED光源和柱面反射镜组成的平行光源装置，虽然LED光源安装在抛物面的焦点位置，但由于LED等无法真正的实现点光源的特性，使得其的发出的光线平行度难以保证，且该技术也无法获得离散的光束。又例如中国专利CN103791275A中公开的一种大面积平行光模拟器，该技术采用了LED芯片为光源，每个LED采用非球面聚光透镜作为聚光器件，并采用菲涅尔透镜作为准直器件，三者的组合获得平行光，且是通过阵列上述功能单元来获得大面积的平行光线。显然，它的各功能模块的安装校准难度较大，整个平行光模型器的结构相对复杂，且也是未能获得离散的平行光束。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单的大面积平行离散光束发射装置，它能够获得离散的平行光束，并对离散光束的平行性有校正功能。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种大面积平行离散光束发射装置，包括机架、十字线激光器、转轴、电动机、两个导电环、菲涅尔透镜及栅格板；其特征在于：所述的机架为管状结构，机架的一端固定安装有菲涅尔透镜和支撑筒，所述的栅格板固定安装在支撑筒的端部，栅格板轴向方向设有多个圆形通孔，且各圆形通孔的轴线与圆形菲涅尔透镜的焦轴平行；

机架的另一端的内孔中设有转轴，转轴的中心线与菲涅尔透镜的焦轴共线；转轴朝向菲涅尔透镜端设有十字线激光器，十字线激光器的光线发射点位于圆形菲涅尔透镜的焦点位置；转轴的另一端与电动机的输出轴连接，电动机固定安装在机架的端部；

所述的转轴的侧面上设有两个绝缘座，两个绝缘座分别通过导电杆与两个导电环连接；导电杆与导电环的连接端能够在导电环上转动；两个导电环固定安装在机架的端部，位于机架和电动机之间，两个导电环之间设有绝缘环，靠近机架的导电环与机架之间设有绝缘环，靠近电动机的导电环与电动机之间设有绝缘环；所述十字线激光器的供电正负极通过电缆分别与两个绝缘座上的导电杆的端部连接。

上述的大面积平行离散光束发射装置中，所述转轴通过轴承安装在机架的内孔中。

上述的大面积平行离散光束发射装置中，所述两导电杆是通过注塑成型，两导电杆的一端分别固定在两绝缘座上，所述两导电环的侧面上设有环形沟槽，环形沟槽与转轴同轴，所述两导电杆的另一端设有与环形沟槽对匹配的球体，并通过球体分别与两导电环上的环形沟槽连接，球体能够在环形沟槽内滑动。

上述的大面积平行离散光束发射装置中，绝缘座上设有螺纹孔，且螺纹孔底部为导电杆的金属端部，所述十字线激光器的电缆的一端安装在绝缘座的螺纹孔内，并通过铜制螺钉进行固定并与导电杆的金属端部连接。

上述的大面积平行离散光束发射装置中，所述的十字线激光器在菲涅尔透镜处形成的光平面大于菲涅尔透镜的径向尺寸。

上述的大面积平行离散光束发射装置中，所述支撑筒的内孔与机架的外圆柱面配合，通过螺钉固定；所述的机架支撑在支座上，支座包括底座和两个半圆环，底座上设有半圆形凹槽，两个半圆环通过螺钉安装在底座上，半圆环与底座的凹槽组成圆形孔，机架的外圆与支座的圆形孔配合。

上述的大面积平行离散光束发射装置中，所述机架上沿周向均匀布置有四个圆孔，所述转轴的沿轴向设有圆柱孔。

上述的大面积平行离散光束发射装置中，所述栅格板的圆形通孔的侧壁上均涂有高效吸收光线的材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以十字激光器为光源，十字激光器安装在菲涅尔透镜的焦点位置，可通过菲涅尔透镜变成平行光束，且十字激光器能够绕圆形菲涅尔透镜的焦轴旋转，本发明在圆形菲涅尔透镜出光面设置有栅格板对光线进行离散，栅格板还能够对偏斜光线的过滤，使得本发明能够得到高精度平行离散的光束；本发明还具有机构简单、成本低的优点。

附图说明

图1是本发明的剖视图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的爆炸视图。

图4是本发明的轴测图。

图5是图1中I处的放大图。

图6是本发明的导电环处剖切图。

图中：1—端盖Ⅲ；2—十字线激光器；3—转轴；4—导电环；5—绝缘环；6—导电环；7—绝缘套筒；8—电缆；9—电动机；10—螺杆；11—固定环；12—深沟球轴承；13—支座；14—机架；15—菲涅尔透镜；16—端盖Ⅱ；17—支撑筒；18—螺栓；19—端盖Ⅰ；20—栅格板；21—半圆环；22—键；23—绝缘环；24—绝缘环；25—导电杆；26—导电杆；27—绝缘座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1-图3所示，本发明包括机架14、十字线激光器2、转轴3、电动机9、支座13、导电杆25、导电杆26、绝缘环5、绝缘环23、绝缘环24、导电环4、导电环6、圆形的菲涅尔透镜15及栅格板20。所述的机架14为管状结构，安装在支座13上。所述支座13包括底座及两半圆环21，底座上设有半圆形凹槽，两个半圆环21通过螺钉安装在底座上，半圆环21与底座的凹槽组成圆形孔，机架14的外圆与支座13的圆形孔配合。所述十字线激光器2安装在转轴3的端部，位于转轴3的圆柱孔内，并通过安装在转轴3端部的端盖Ⅲ1对十字线激光器2的进行轴向定位。所述转轴3通过深沟球轴承12固定在机架14一端的内孔中。

如图3、图5、图6所示，所述转轴3的侧面上设有两个绝缘座27，所述导电杆25和导电杆26是通过注塑成型，导电杆25和导电杆26的一端分别固定在两绝缘座27中，所述绝缘座27通过螺钉固定在转轴3上，绝缘座27上设有螺纹孔，且螺纹孔底部为导电杆25或导电杆26的金属端部，所述十字线激光器2的供电正负极通过电缆8分别与导电杆25、导电杆26连接，所述电缆8的一端放在绝缘座27的螺纹孔内，并通过铜制螺钉进行固定与相对应的导电杆的金属端部连接。所述导电环4和导电环6相对的侧面设有环形沟槽，所述导电杆25和导电杆26的端部设有与环形沟槽对匹配的球体，球体安装在环形沟槽中，且能够在环形沟槽内滑动。

所述导电环4和导电环6安装在机架14的一端，导电环4位于机架14与导电环6自检，导电环4与机架14之间设有绝缘环23，所述导电环4与导电环6之间隔有绝缘环5，所述导电环6的外侧设有固定环11，导电环6与固定环11之间隔有绝缘环24，所述导电环4、导电环6、绝缘环23、绝缘环24、绝缘环5和固定环11均为圆环形状，且采用同心堆叠的方式安装在机架14上。所述电动机9安装在固定环11外侧，并通过螺杆10与机架14进行连接，所述螺杆10与螺栓孔之间安装有绝缘套筒7，防止导电环4、导电环6与其他元件之间的导电或短路。所述电动机9的输出轴通过键22与转轴3进行连接。

所述菲涅尔透镜15安装在机架14一端的内圆孔中，并采用端盖Ⅱ16进行轴向固定，所十字线激光器2的光线发射点位于圆形菲涅尔透镜15的焦点位置，十字线激光器2在菲涅尔透镜15处形成的光平面能大于菲涅尔透镜15的径向尺寸。所述转轴3的中心线与菲涅尔透镜15的焦轴共线。所述栅格板20安装在支撑筒17的圆柱内孔中，并通过端盖Ⅰ19进行轴向固定，所述栅格板20轴向方向设有密集的细小的圆形通孔，且各通孔的轴线与圆形菲涅尔透镜15的焦轴平行。所述支撑筒17的内孔与机架14的外圆柱面配合，并采用螺钉进行轴向固定。

如图1-4所示，所述机架14上沿周向均匀设有四个圆孔，方便十字线激光器2的调整与更换，所述转轴3中心处沿轴向设有圆柱孔，便于电缆8与导电杆25、导电杆26的连接，且防止在转动过程中电缆的缠绕。所述绝缘环23，绝缘环24，绝缘环5、绝缘套筒7、绝缘座27均为非导电材料制成。

光线在通过栅格板20通孔是，通孔的侧壁具有反射作用，从而导致出射光线发生偏转，使得从栅格板20射出的光束不平行，为了防止此现象的发生，所述栅格板20的圆形通孔的侧壁上均涂有高效吸收光线的材料。本发明可以通过改变栅格板圆形通孔的直径和栅格板20的厚度，对离散光束的不平行度进行校正。从栅格板射出的离散光束最大偏差为：

式中，δ为出射光束与理想平行光束的偏角，D为栅格板的通孔直径，L为栅格板20的厚度，即通孔深度。

本发明的工作原理如下：工作时，首先将十字线激光器2的电源接通，即将导电环4和导电环6接通在电源的正负极上。然后开启电动机9使十字线激光器2进行绕菲涅尔透镜15的焦轴旋转，得到平行光。而后，平行光通过前端栅格板20的圆形通孔，经过误差过滤变成离散的平行光束。当然，在工作的时候也可以将栅格板20移除，得到连续的大面积平行光线。