[发明专利]基于光学反射与折射的方形轮廓激光标示方法及装置

说明书

基于光学反射与折射的方形轮廓激光标示方法及装置，本发明属于激光图案发生设备技术领域，尤其涉及一种对方形轮廓进行激光标示的方法及装置，共包括点线激光转换模块、线激光准直模块、线激光放大模块共计三个功能模块，将点状激光分别转换为发散线激光、准直线激光、放大线激光，最终实现了将一点状激光调整为一个方形激光图案的功能，解决了多点激光发射时装置繁多且难以识别的缺点，同时克服了已有的采用光栅技术实现方形轮廓激光标示时成本高、加工难的缺点，以低成本、原理更简易的方式实现了点激光到方形激光图案的转换。

技术领域

本发明属于激光图案发生设备技术领域，尤其涉及一种对方形轮廓进行激光标示的方法及装置。

背景技术

在生产生活中，有多种工作场合需要对方形的轮廓进行激光标示，如矩形巷道的掘进过程中，若不对轮廓进行精准标示而由掘进机司机主观判断进行截割作业，往往会造成超挖欠挖等现象，巷道成型质量低且容易发生危险事故。

山东科技大学的李青海等人曾提出一种巷道掘进示阔装置及其操作方法(专利号CN105806256A)，该发明以呈矩形的主体框架和多个示阔激光管为主，能够实现轮廓为矩形的巷道示阔功能，但该装置结构复杂，示阔激光管繁多，每个激光管只能发射一点激光，装置成本极高，且所标示的方形轮廓并非一条连续的激光线，而是由多个点状光源发射成的多个点组成的一个近似矩形的点阵图案，成本高且轮廓标示效果不显著。

天地上海采掘装备科技有限公司的研究人员曾提出一种巷道轮廓发生装置(专利号CN103835724A)，该巷道轮廓发生装置主要包括光影发生器和距离测量装置，可把巷道轮廓用多点激光的方式照射到巷道尽头，形成可见的巷道轮廓光点，实现巷道示阔功能。但该装置发射的也只能为光点，而非连续的曲线，需要多个发光组件打出多个点，识别效果不如连续的激光线好，结构较复杂，成本高且轮廓标示效果不显著。

目前单激光源的点状激光变为方形线激光的技术中，光栅刻制的方法能实现点变方形图案的功能，但刻制光栅加工精度要求很高，成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的激光多点发射，识别效果差，装置复杂繁多的缺点，克服光栅法将点激光变为方形激光时要求加工精度高、成本高的缺点，利用光学中反射与折射的原理以低成本的方式将点状激光变为方形的激光图案。为此，本发明提供了一种基于光学反射与折射的方形轮廓激光标示方法及装置。

基于光学反射与折射的方形轮廓激光标示方法及装置，其特征在于：该方法及装置能够实现将单个点状激光经所设计的光路调整为方形的激光图案，共包括三个功能模块，分别为：点线激光转换模块、线激光准直模块、线激光放大模块；其中，点线激光转换模块依次由激光发生装置、锥面反射镜、方形反射镜框架和反射镜片组成；线激光准直模块由方形凸透镜柱支撑架和凸透镜柱组成；线激光放大模块由圆形双面放大凸透镜组成。

通过该方法及装置将点状激光调整为放大的方形激光图案的具体步骤如下：

步骤一：点激光转换为四条发散的线激光：所述点线激光转换模块中，所述激光发生装置发出点状激光，经所述锥面反射镜反射成为一圈沿竖直平面向四周发散的连续线激光，该连续线激光均照射在所述方形反射镜框架上，其中激光入射至所述方形反射镜框架居中部位的四个所述反射镜片上时会再次发生反射，出射后形成四条连续线激光，实现点线激光转换的功能；

步骤二：发散的线激光转换为准直线激光：所述线激光准直模块中，入射光为四条发散的线激光，分别入射至安装在所述方形凸透镜柱支撑架上的四个所述凸透镜柱上，在所述凸透镜柱内发生折射，变为四条准直的线激光。

步骤三：四条准直线激光放大为方形图案：所述线激光放大模块中，四条经准直后的线激光入射至所述圆形双面放大凸透镜上，经其折射后，在大于焦距的距离后，上、下两条激光线交叉互换位置，左、右两条激光线交叉互换位置，实现线激光的放大功能，且距离越远方形图案的放大倍数越大。