雙光楔式掃描系統是一種共軸式折射元件的掃描方式。它利用雙光楔的共軸相對轉動連續改變組合楔角大小，獲得系統光軸連續擺動以實現系統掃描的一種掃描類型。該掃描方式由于利用折射的光楔元件，光楔楔角大小受一定限制，因此掃描范圍不宜過大。利用雙光楔掃描可以實現一維線性掃描，兩維平面掃描以及兩位圓周掃描。再利用系統軸向調焦，還可以實現三維立體掃描。當然系統可以是物方掃描或是像方掃描均可。
在設計時，同樣在連續幾次選擇菜單后，在“系統基本數據”窗體內選擇“雙光楔掃描方式”后會出現對應窗體，在窗體上選擇掃描方式如“像方深度掃描”后，窗體形式如圖1。接著再在 “設計”菜單點擊“雙光楔掃描系統設計”出現右圖，利用圖中滾動條即可進行自動設計。
設計完成后可做各種掃描仿真以及公差分析，幷給出公差分析曲線以確保設計的準確性。
圖1.雙光楔掃描型系統設計窗體
利用一對光楔（雙光楔）的繞光軸連續相對等速轉動可以改變光軸偏轉方向，OCAD可以實現雙光楔系統的連續掃描。他與反射鏡掃描不同就在于他的可連續性，而且其掃描中心軸與其入射光軸保持一致，為此可以在雙光楔轉動掃描的同時，利用光學系統整體或局部繞光軸轉動實現系統圓錐式掃描。此外，在一個光學系統內可以同時使用兩套雙光楔可以實現兩維平面掃描。
1.雙光楔一維線性掃描系統設計
利用一對雙光楔的相對轉動可以實現光學系統的一維掃描。在掃描過程中如果在像面上的像面尺寸不變可以對應物方位置變化，形成在保持物方瞬時視場不變的前提下對物方目標進行掃描。反之如果保持物方畫面不變，可以實現在像方進行像面掃描。
為實現雙光楔一維線性掃描系統自動設計，可以在主窗口界面環境下利用“編輯”中的“系統基本數據”菜單窗體內選擇“掃描系統”的“雙光楔掃描方式”出現設計窗體如圖1。
然后在此窗體內選擇“物方掃描”或“像方掃描”，再選擇“線性掃描”。此時就可以在窗體內填寫設計要求，比如物（像）方掃瞄視場（角度）、掃瞄視場（角度）公差要求、指定計算掃描數以及指定光楔角度單位（角度或角分），再就是要指定雙光楔在系統內所在面序號。由于雙光楔有兩個光楔，每個光楔只有一個斜角面，因此在指定光楔面序號時要分別指定前后兩個斜角面的斜角面序號。當然還可以給出光楔斜角面的斜角角度參考值及角度公差值。以上信息填寫完畢，點擊確定按鈕“√”程序會立即自動計算出光楔的角度值完成設計。圖2就是這的設計滿足設計要求的系統結構示意圖。圖3為雙光楔一維線性掃描系統像面誤差曲線圖供誤差分析參考。
圖2.雙光楔一維線性掃描系統結構示意圖
圖3.雙光楔一維線性掃描系統像面誤差曲線圖
2.雙光楔二維平面掃描系統設計
雙光楔二維平面掃描系統設計可以提供光學系統在子午和弧矢兩個方向的掃描效果。二維平面掃描就是對物方或像方進行二維的平面掃描。二維平面掃描可以是以光軸為圓心的圓形掃描，也可以是以光軸為對稱軸的矩形（正方形）的平面掃描。由于雙光楔元件的運動是軸對稱的因此只要在一維線性掃描的基礎上雙光楔一起繞光軸轉動就可實現二維圓形掃描。其實二維圓形掃描就是一維線性掃描的的擴展，多加一個繞軸運動即可實現。
至于二維矩形掃描，也就是利用兩對雙光楔分別在子午和弧矢兩個方向上做線性掃描就可完成。在進行自動設計時，在圖4內選擇“平面掃描”，窗體會顯示需要分別填寫子午方向掃描（幀掃）要求及弧矢方向掃描（行掃）要求及兩個方向雙光楔的所在面序號即可。填寫具體含義同一維線性掃描內容。數據信息填寫完畢，點擊“確定”按鈕，程序會立即計算出兩組雙光楔的角度設計值如圖5。圖6分別顯示了雙光楔二維物方矩形掃描系統子午和弧矢兩個剖面結構示意圖，圖6顯示了系統物點掃描軌跡及像方掃描點誤差曲線。像方掃描點誤差相當于物方掃描畸變。
圖4.雙光楔二維平面掃描系統設計
圖5.雙光楔二維平面掃描系統結構示意圖
圖6.雙光楔二維平面掃描系統像面掃描及誤差示意圖
3.雙光楔三維立體深度掃描系統設計
雙光楔三維立體深度掃描系統顧名思義，就是指掃描系統不僅在某一固定像面上掃描，還可以在像面縱深方向上做立體掃描。立體掃描一般多為運行掃描和深度掃描的結合，形成圓柱形（筒形）掃描。此種掃描可以用于各種深度探測或深度打孔方面的應用。根據在不同深度上平面掃描的面積不同，可以實現筒形、錐形和倒錐形掃描。
圖7.雙光楔三維立體深度掃描系統結構示意圖
在掃描過程由于掃描前端面對掃描光線的遮擋，特別是對倒錐形激光打孔時，必須注意對掃描光線岀瞳位置的控制。為此往往還需要使用一對補償光楔動態控制光線岀瞳位置。補償方式有如圖8所列供選擇。
圖8.雙光楔三維立體深度掃描系統設計
由于雙光楔三維立體深度掃描系統設計時變量因素較多，而且各自影響又比較獨立，因此采用手工調節的方法比較直觀有效，設計時只要在如圖8填寫完有關參數之后點擊“確定”按鈕即可出現一幅新的設計畫面如圖9。利用每行數據右側滾動條即可隨意修改相應參數幷在上方圖形中及時動態觀察掃描光線變化情況以確定滿足要求的設計參數值。為觀察設計效果，可以利用圖10下方所示 “掃描方式”下拉式菜單觀察設計中的各種信息，其中擴掃描光線的各種掃描效果、掃描輪廓圖形、圖形誤差以及掃描輪廓誤差及公差分析等，如圖9、圖10、圖11及圖12所示。
圖9.雙光楔三維立體深度掃描系統深度掃描示意圖
圖10.雙光楔三維立體深度掃描參數優化滾動條示意圖
圖11.雙光楔三維立體深度掃描系統公差合格率數據及曲線圖
圖12.雙光楔三維立體深度掃描系統像面軌跡示意圖
|
