專利名稱：補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車運(yùn)行故障動態(tài)圖像檢測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車運(yùn)行故障動態(tài)圖像檢測設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了保障列車的行車安全，需要對列車進(jìn)行檢測。傳統(tǒng)的人工檢測方法效率很低，目前多采用運(yùn)行故障動態(tài)圖像檢測系統(tǒng)對車底和列車側(cè)壁進(jìn)行圖像拍攝，再由檢查人員通過計(jì)算機(jī)瀏覽拍攝的圖片進(jìn)行故障檢測。拍攝圖像的方法多采用相機(jī)陣列或者高速工業(yè)線陣掃描相機(jī)進(jìn)行。無論采用哪種方法都需要補(bǔ)償光源來減小環(huán)境，如陽光的影響，提高相機(jī)的抗干擾能力，保證檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前的補(bǔ)償光源系統(tǒng)一般采用近紅外波段的半導(dǎo)體激光器，要求其呈現(xiàn)長條形、 光強(qiáng)較強(qiáng)且均勻的光斑。長條形光斑是由相機(jī)的拍攝方式?jīng)Q定的，光斑的寬度需要符合相機(jī)的掃描寬度，長度需要與被拍照物體的尺寸符合，光斑強(qiáng)度越強(qiáng)則相機(jī)曝光時間越短進(jìn)而相機(jī)掃描速度越快，光斑均勻則可以防止拍攝出的圖像亮度不均勻。但是現(xiàn)有技術(shù)中，補(bǔ)償光源系統(tǒng)對激光的利用率普遍偏低，導(dǎo)致補(bǔ)償光源的光強(qiáng)較弱，抗干擾能力較差，且相機(jī)曝光時間較長，只能滿足較低速行進(jìn)的列車的檢測，而對于高速列車，由于曝光時間較長影響了相機(jī)掃描速度，進(jìn)而影響了檢測系統(tǒng)的使用。如圖I至圖2所示，是公開號為CN 101871602 A的中國專利申請所公開的一種均勻照明的激光線光源系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過沿激光的傳輸方向順次設(shè)置圓透鏡10’以及棱鏡20’，理論上能在O. 5米至2米的距離范圍內(nèi)使光強(qiáng)穩(wěn)定。激光經(jīng)過圓透鏡10’后照射到棱鏡20’表面的光斑為圓形光斑11’，假設(shè)此圓形光斑11’的直徑為d,棱鏡20’的曲面部分在與激光光束傳播方向垂直的平面上的投影部分21’的長度為L，寬度為d0，容易看出圓形光斑11’只有位于重疊區(qū)域30’中的部分可以經(jīng)過棱鏡20’的折射被利用，激光利用率很低。如果要提高激光利用率，即增大重疊區(qū)域30’，需要增大棱鏡20’的投影部分21’的寬度Cltl，或減小圓形光斑11’的直徑d。如果增大投影部分21’的寬度Cltl，則需要增大投影部分21’的曲率半徑，這樣會造成經(jīng)過棱鏡20’的激光光束發(fā)散角減小，進(jìn)而導(dǎo)致照射到被拍攝物體上的光斑長度與被拍攝物體的長度不相適應(yīng)。如果減小圓形光斑11’的直徑d，則會導(dǎo)致經(jīng)過棱鏡20’折射的光斑寬度太小，無法滿足相機(jī)的掃描寬度要求，進(jìn)而對相機(jī)的曝光產(chǎn)生影響。不管是凸透鏡還是凹透鏡，當(dāng)其曲率半徑變小時，同樣的光束經(jīng)過其折射后的光像差會變大，這樣的話光斑質(zhì)量會不均勻?，F(xiàn)有技術(shù)前面采用圓透鏡，后面采用棱鏡，最終形成的細(xì)長光線的寬度是由前面的圓透鏡決定的，長度是由后面的棱鏡決定的，如果經(jīng)過圓透鏡后照射到后面的棱鏡的光斑太大，則有部分光不能被折射，光利用率低，如果減小光斑使整個光斑都能照射到曲面部分，則光斑的寬度不夠。而且，按照現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)計(jì)，要達(dá)到60度的發(fā)散角，曲率半徑已經(jīng)很小了，這時像差很大，要增加發(fā)散角的話，要使曲率半徑更小，這樣的話后面的棱鏡就會變得更加細(xì)長，前面描述的問題會更加突出。因此，此專利申請公開的技術(shù)方案，無法在保證光斑形狀符合相機(jī)拍攝要求的同時保證較高的激光利用率。同時，由于經(jīng)過棱鏡20’的激光光束發(fā)散角只有60度，當(dāng)進(jìn)行車底拍攝時，由于距離太近，產(chǎn)生的光斑長度不夠，往往需要一排設(shè)置兩個或更多激光器，而鐵軌之間的空間有限，工藝上也比較難以實(shí)現(xiàn)。結(jié)合參見圖3，是公開號為CN 201966484 U的中國專利申請所公開的一種發(fā)近平行發(fā)散光的激光器，包括圓透鏡10”和棱鏡20”，由于經(jīng)過圓透鏡10”照射到棱鏡20”上的光斑仍舊為圓形光斑，與前一專利申請的技術(shù)方案一樣，也無法保證在光斑形狀符合相機(jī)拍攝要求的同時保證較高的激光利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種可以在提高激光利用率的同時使最終形成的光斑符合相機(jī) 拍攝要求的補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車運(yùn)行故障動態(tài)圖像檢測設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)，包括具有光纖的激光發(fā)生裝置，光纖具有光輸出端，補(bǔ)償光源系統(tǒng)還包括光束整形組件，光束整形組件包括柱形平凸透鏡，與光纖的光輸出端相對設(shè)置；以及柱形平凹透鏡，與柱形平凸透鏡沿光纖的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置，柱形平凹透鏡的母線與柱形平凸透鏡的母線互相垂直設(shè)置。進(jìn)一步地，柱形平凸透鏡具有相對設(shè)置的第一平面以及第一弧面，柱形平凹透鏡具有相對設(shè)置的第二平面以及第二弧面，第一弧面和第二弧面相對設(shè)置。進(jìn)一步地，柱形平凸透鏡有多個，多個柱形平凸透鏡沿激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。進(jìn)一步地，柱形平凹透鏡有多個，多個柱形平凹透鏡沿激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。進(jìn)一步地，光束整形組件還包括套設(shè)在柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡外的外殼。進(jìn)一步地，外殼包括第一殼體，其第一端具有光纖連接頭插孔，光纖的光輸出端穿射在光纖連接頭插孔中；第二殼體，其第一端嵌設(shè)在第一殼體內(nèi)并相對于第一殼體沿軸線方向可運(yùn)動地設(shè)置，其第二端具有第一外螺紋段，第二殼體具有與光纖的光輸出端對應(yīng)設(shè)置且沿光纖的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向延伸的通孔；第三殼體，其第一端具有與第一外螺紋段相配合的第一內(nèi)螺紋段，第三殼體具有與通孔對應(yīng)設(shè)置的柱形平凸透鏡安裝空間以及柱形平凹透鏡安裝空間；以及端蓋，與第三殼體的第二端密封連接，端蓋具有激光射出窗口。進(jìn)一步地，第一殼體的第二端具有第二外螺紋段；外殼還包括調(diào)節(jié)殼體以及鎖緊環(huán)，調(diào)節(jié)殼體套設(shè)在第二殼體外并具有與第二外螺紋段相配合的第二內(nèi)螺紋段，鎖緊環(huán)套設(shè)在第一殼體外并與調(diào)節(jié)殼體抵接。進(jìn)一步地，第一殼體具有沿其徑向方向設(shè)置的定向螺栓；調(diào)節(jié)殼體的內(nèi)周壁具有周向凹槽；第二殼體具有沿其軸向方向延伸并與定向螺栓相配合的滑槽以及與周向凹槽活動配合的凸緣。進(jìn)一步地，端蓋具有密封槽，密封槽內(nèi)嵌設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種列車運(yùn)行故障動態(tài)圖像檢測設(shè)備，包括補(bǔ)償光源系統(tǒng)，該補(bǔ)償光源系統(tǒng)為前述任一種的補(bǔ)償光源系統(tǒng)。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過沿激光傳輸方向順次設(shè)置柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡，且柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡的母線相互垂直，利用柱形平凸透鏡在其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角不產(chǎn)生影響，而在垂直于其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角進(jìn)行壓縮，同時，柱形平凹透鏡在其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角不產(chǎn)生影響，而在垂直于其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角進(jìn)行擴(kuò)散的特性，使柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡分別在兩個垂直方向上對激光光束的發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，且相互之間不會產(chǎn)生影響。激光光束經(jīng)柱形平凸透鏡透射后，其母線方向的發(fā)散角沒有受到壓縮，這樣照射到后面的柱形平凹透鏡上的光束在柱形平凸透鏡的母線方向保持了原有的發(fā)散角，這樣后面的柱形平凹透鏡的曲率半徑可以適當(dāng)增加，以增大光束經(jīng)過柱形平凸透鏡后形成的光斑與柱形平凹透鏡曲面的重疊區(qū)域，提高激光的利用率，進(jìn)而增加了光強(qiáng)。此外，前面的柱形平凸透鏡對垂直于其母線方向的光束發(fā)散角進(jìn)行壓縮，從而調(diào)節(jié)最終所需要的光斑的寬 度，這樣，使后面的柱形平凹透鏡在該方向的尺寸與照射到其表面的光斑在該方向的尺寸相適應(yīng)，以保證所有的光都能被折射，也可以提高激光利用率。同時，經(jīng)過柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡后形成的光斑，可以在兩個垂直方向上各自進(jìn)行調(diào)整以滿足相機(jī)拍攝的寬度和長度要求，且調(diào)整過程中相互之間不會產(chǎn)生影響。所以，本發(fā)明的技術(shù)方案可以保證在提高激光的利用率的同時使光斑形狀符合相機(jī)拍攝要求。


構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的均勻照明的激光線光源系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了經(jīng)過圓透鏡的激光光束照射在棱鏡上的光斑示意圖；圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)近平行發(fā)散光的激光器的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的示意圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡沿激光傳輸方向排列的示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柱形平凸透鏡在垂直于其母線方向?qū)す夤馐l(fā)散角產(chǎn)生影響的示意圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柱形平凸透鏡在其母線方向?qū)す夤馐l(fā)散角不產(chǎn)生影響的示意圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光光束經(jīng)過柱形平凸透鏡后在柱形平凹透鏡表面形成的第二光斑的不意圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柱形平凹透鏡在其母線方向?qū)す夤馐l(fā)散角不產(chǎn)生影響的示意圖；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柱形平凹透鏡在垂直于其母線方向?qū)す夤馐l(fā)散角產(chǎn)生影響的示意圖；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光光束經(jīng)過柱形平凹透鏡后形成的第三光斑的遠(yuǎn)場示意圖；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光光束經(jīng)過柱形平凸透鏡后在垂直于其母線方向上向外發(fā)散的示意圖；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光光束經(jīng)過柱形平凸透鏡后在垂直于其母線方向上向內(nèi)會聚的示意圖；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的外殼的一個角度的軸測圖；圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的外殼的另一個角度的軸測圖；圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的外殼的主視圖；圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的外殼的俯視圖； 圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的外殼的右視圖；圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的外殼的左視圖；圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的外殼與柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡相配合的一個角度的剖面圖；以及圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的外殼與柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡相配合的另一個角度的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)，包括帶有光纖51的激光發(fā)生裝置50以及光束整形組件。其中激光發(fā)生裝置50用于發(fā)射激光光束。光纖51具有光輸出端，激光光束在光纖51內(nèi)傳輸一定距離后從光輸出端傳出。光束整形組件用于調(diào)整激光光束發(fā)散角，以使激光光束最終投射形成的光斑符合使用要求。光束整形組件包括柱形平凸透鏡80、柱形平凹透鏡90以及外殼70。柱形平凸透鏡80與光纖51的光輸出端相對設(shè)置，且柱形平凸透鏡80和柱形平凹透鏡90沿從光纖51的光輸出端傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。外殼70套設(shè)在柱形平凸透鏡80和柱形平凹透鏡90外，用于對柱形平凸透鏡80和柱形平凹透鏡90起到固定保護(hù)的作用。光纖51的光輸出端與外殼70固定連接，為了方便光纖51的光輸出端與外殼70的連接固定，夕卜殼70上具有光纖連接頭插孔711,光纖連接頭插孔711具有外螺紋,光纖51的光輸出端具有光纖連接頭，光纖連接頭具有與光纖連接頭插孔711的外螺紋相配合的內(nèi)螺紋，光纖連接頭穿設(shè)在光纖連接頭插孔711中螺接固定，且光纖51的光輸出端傳出的激光光束順次經(jīng)過柱形平凸透鏡80和柱形平凹透鏡90后傳出外殼70，并形成所需要的光斑。結(jié)合參見圖5，柱形平凸透鏡80具有相對設(shè)置的第一平面83以及第一弧面84，柱形平凹透鏡90具有相對設(shè)置的第二平面94以及第二弧面93，且柱形平凹透鏡90的母線與柱形平凸透鏡80的母線互相垂直。為了方便將柱形平凸透鏡80和柱形平凹透鏡90安裝在外殼70內(nèi)，柱形平凸透鏡80的第一弧面84和柱形平凹透鏡90的第二弧面93相對設(shè)置，即柱形平凸透鏡80的第一平面83朝向光纖51的光輸出端設(shè)置，柱形平凸透鏡80的第一弧面84背向光纖51的光輸出端設(shè)置，柱形平凹透鏡90的第二平面94朝向柱形平凸透鏡80的第一弧面84設(shè)置，柱形平凹透鏡90的第二弧面93背向柱形平凸透鏡80的第一弧面84設(shè)置。設(shè)傳出光纖51的光輸出端的激光光束的傳輸方向?yàn)閦方向，柱形平凸透鏡80的母線方向?yàn)閥方向，柱形平凹透鏡90的母線方向?yàn)閄方向，且x、y、z三個方向相互垂直,則由于柱形透鏡自身的特性，柱形平凸透鏡80對穿過其的激光光束在X方向的發(fā)散角進(jìn)行壓縮，對I方向的發(fā)散角不產(chǎn)生影響；而柱形平凹透鏡90對穿過其的激光光束在X方向的發(fā)散角不產(chǎn)生影響，對y方向的發(fā)散角進(jìn)行擴(kuò)大。結(jié)合參見圖6至圖8，具體說明了柱形平凸透鏡80對穿過其的激光光束發(fā)散角產(chǎn)生的影響。光纖51的光輸出端傳出的激光光束在進(jìn)入外殼70后，首先照射在柱形平凸透鏡80上，此時激光光束照射在柱形平凸透鏡80的第一平面83上的第一光斑為圓形光斑。柱形平凸透鏡80只在X方向起到凸透鏡的作用，壓縮第一光斑在X方向上的發(fā)散角，當(dāng)光輸出端的端面位于柱形平凸透鏡80的焦點(diǎn)時，經(jīng)過柱形平凸透鏡80的激光光束在X方向會·聚為平行光。柱形平凸透鏡80在y方向上的曲率半徑為無窮大，經(jīng)過柱形平凸透鏡80透射的激光光束在y方向的傳輸方向不變，仍舊以原發(fā)散角發(fā)散，所以，經(jīng)過柱形平凸透鏡80透射后的激光光束照射到柱形平凹透鏡90上的第二光斑81為橢圓形光斑，橢圓的短軸方向即為經(jīng)過柱形平凸透鏡80后壓縮發(fā)散角的X方向，長軸方向即為y方向，y方向的發(fā)散角由光纖51的光輸出端傳出的激光光束自然發(fā)散形成，由光纖的數(shù)值孔徑?jīng)Q定，柱形平凸透鏡80未對其發(fā)散角產(chǎn)生影響。激光光束經(jīng)柱形平凸透鏡80透射后，y方向的發(fā)散角沒有受到壓縮，這樣照射到后面的柱形平凹透鏡90上的光束在y方向保持了原有的發(fā)散角，這樣后面的柱形平凹透鏡90的曲率半徑可以適當(dāng)增加，以增大光束經(jīng)過柱形平凸透鏡80后形成的第二光斑81與柱形平凹透鏡90曲面的重疊區(qū)域，提高激光的利用率，進(jìn)而增加了光強(qiáng)。此外，前面的柱形平凸透鏡80對X方向的光束發(fā)散角進(jìn)行壓縮，從而調(diào)節(jié)最終所需要的光斑的寬度，這樣，使后面的柱形平凹透鏡90在X方向的尺寸與照射到其表面的第二光斑81在X方向的尺寸相適應(yīng)，以保證所有的光都能被折射，也可以提高激光利用率，進(jìn)而可以用同樣功率的激光光源在相機(jī)的拍攝面積上產(chǎn)生更大的光功率密度，即增大光強(qiáng)，使得相機(jī)的曝光時間大大縮短，相機(jī)的掃描速度大大提升，可以滿足高速列車的故障檢測要求。激光光束在X方向的發(fā)散角僅由柱形平凸透鏡80來調(diào)節(jié)，既可以通過調(diào)節(jié)柱形平凸透鏡80與光纖51的光輸出端端面之間的距離來調(diào)節(jié)，也可以通過更換不同曲率半徑的柱形平凸透鏡80從而改變其焦距來調(diào)節(jié)。結(jié)合參見圖9至11，具體說明了柱形平凹透鏡90對穿過其的激光光束發(fā)散角產(chǎn)生的影響。由于柱形平凹透鏡90在X方向的曲率半徑無窮大，所以激光光束經(jīng)柱形平凹透鏡90透射后在X方向的發(fā)散角不改變。實(shí)際操作中，可以根據(jù)需要選擇柱形平凹透鏡90在X方向的尺寸大小，保證所有激光光束都能透射，而不會對最終形成的第三光斑91的X方向發(fā)散角產(chǎn)生影響。柱形平凹透鏡90在y方向上起到凹透鏡的作用，對y方向的激光光束發(fā)散角起到擴(kuò)散作用，擴(kuò)散的角度由其曲率半徑、入射激光光束的發(fā)散角以及激光出光點(diǎn)與柱形平凹透鏡90之間的距離決定。由于柱形平凸透鏡80未改變?nèi)肷浼す夤馐趛方向上的發(fā)散角，因此柱形平凹透鏡90可以以較大的曲率半徑產(chǎn)生所需要的發(fā)散角，降低了對柱形平凹透鏡90的要求，從而減小了工藝難度。激光光束在y方向的發(fā)散角可以由柱形平凹透鏡90來調(diào)節(jié)，即激光光束在y方向的發(fā)散角可以通過調(diào)節(jié)柱形平凹透鏡90與光纖51的光輸出端之間的距離來調(diào)節(jié)，也可以通過更換不同曲率半徑的柱形平凹透鏡90從而改變其焦距來調(diào)節(jié)。由于最終形成的第三光斑91在x、y兩個方向的發(fā)散角分別由柱形平凸透鏡80和柱形平凹透鏡90來調(diào)節(jié)，且兩個柱形透鏡之間的調(diào)節(jié)過程互不干涉，所以針對不同的需求可以通過調(diào)節(jié)X方向的發(fā)散角來調(diào)節(jié)最終形成的第三光斑91在X方向的寬度，通過調(diào)節(jié)激光光束在y方向的發(fā)散角來調(diào)節(jié)最終形成的第三光斑91在y方向的長度，進(jìn)而使第三光斑 91在X方向的寬度滿足相機(jī)的掃描寬度，在y方向的長度符合被拍攝物體的長度，同時還可以提高激光的利用率，使光斑均勻，像差減小，進(jìn)而使拍攝的圖像亮度較為均勻。且本發(fā)明的技術(shù)方案的激光光束發(fā)散角可達(dá)120°，可以在更短的距離內(nèi)產(chǎn)生更長的光斑，因此可以用于底盤較低的動車車底的圖像檢測。這里，柱形平凸透鏡80不僅可以是單個柱形平凸透鏡，也可以由多個沿激光光束傳輸方向順次設(shè)置的柱形平凸透鏡組成，同樣地，柱形平凹透鏡90不僅可以是單個，也可以由多個沿激光光束傳輸方向順次設(shè)置的柱形平凹透鏡組成，當(dāng)使用單個柱形平凸透鏡或單個柱形平凹透鏡時，補(bǔ)償光源系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)簡單，易于加工；當(dāng)使用多個柱形平凸透鏡或柱形平凹透鏡時，可以增大每個柱形平凸透鏡或柱形平凹透鏡的曲率半徑，降低加工難度，更好地減小像差和提高光斑均勻性。優(yōu)選地，柱形平凸透鏡80有兩個，柱形平凹透鏡90也有兩個。由于經(jīng)過柱形平凸透鏡80投射后的第二光斑81為橢圓形光斑，所以在外殼70的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不限于選擇圓筒形結(jié)構(gòu)，而是可以選擇與橢圓形光斑相適應(yīng)的方形結(jié)構(gòu)，并在方形結(jié)構(gòu)的各連接面之間設(shè)置圓弧過度面。這樣可以減小外殼70的尺寸，使整個補(bǔ)償光源系統(tǒng)更加緊湊。尤其是應(yīng)用于車底檢測時，補(bǔ)償光源系統(tǒng)需要安裝在兩個鐵軌之間，緊湊的結(jié)構(gòu)更加方便安裝。經(jīng)過柱形平凸透鏡80投射后的激光光束在X方向上可以是發(fā)散、準(zhǔn)直或會聚的，具體應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要而調(diào)節(jié)。當(dāng)所需的光斑寬度確定時，應(yīng)該采用準(zhǔn)直的方案來達(dá)到更加穩(wěn)定的效果。結(jié)合參見圖12，當(dāng)所需第三光斑91的寬度較大時，可以調(diào)節(jié)柱形平凸透鏡80使透射的激光光束在X方向成一個小角度Θ發(fā)散，假設(shè)激光光束平行傳輸時形成寬度為dl，激光光束傳輸?shù)奖慌臄z物體表面時的傳輸距離為Lz,則最終形成的第三光斑91的寬度為dl+2XLzXtan(9 )。由于本發(fā)明的技術(shù)方案對激光的利用率很高，所以即使在調(diào)節(jié)光斑寬度時光強(qiáng)減弱也可以滿足相機(jī)曝光的要求。結(jié)合參見圖13，也可以節(jié)柱形平凸透鏡80使透射的激光光束在X方向成一個小角度Q1會聚，最終形成的第三光斑91的寬度為dUXLzXtanPi)。這樣調(diào)整可以達(dá)到與現(xiàn)有技術(shù)一樣的效果，即在一定距離范圍內(nèi)使光強(qiáng)穩(wěn)定，但本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于，經(jīng)過柱形平凸透鏡80投射后照射在柱形平凹透鏡90表面的光斑為橢圓形，而不是圓形，會有助于提高激光的利用率，從而提高照射到物體上的光強(qiáng)，縮短相機(jī)曝光時間。結(jié)合參見圖14至圖21，外殼70包括第一殼體71、第二殼體72、第三殼體73以及端蓋76。其中第一殼體71為中空結(jié)構(gòu)，其具有前述的光纖連接頭插孔711，用于穿設(shè)光纖51的光輸出端，以方便光纖51的光輸出端與外殼70的連接固定。第二殼體72為簡狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部具有與光纖51的光輸出端對應(yīng)設(shè)置且沿光纖51的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向延伸的通孔。第二殼體72的第一端嵌設(shè)在第一殼體71內(nèi)并可以相對于第一殼體71做軸向運(yùn)動，第二殼體72的第二端具有第一外螺紋段。作為一種優(yōu)選地實(shí)施方式，第一殼體71具有沿其徑向方向設(shè)置的定向螺栓712，第二殼體72具有沿其軸向方向延伸的滑槽，該滑槽與定向螺栓712相配合，使定向螺栓712能夠沿滑槽運(yùn)動，進(jìn)而使第二殼體72可以相對于第一殼體71做軸向運(yùn)動。
第三殼體73的第一端具有與第一外螺紋段相配合的第一內(nèi)螺紋段，且第三殼體73的內(nèi)周壁與第二殼體72的外周壁凹凸配合，以使第三殼體73與第二殼體72固定連接。第三殼體73具有與第二殼體72的通孔對應(yīng)設(shè)置的柱形平凸透鏡安裝空間以及柱形平凹透鏡安裝空間，以使光纖51的光輸出端所傳出的激光光束能夠順次經(jīng)過柱形平凸透鏡80和柱形平凹透鏡90。為了便于安裝,第三殼體73的第一端為圓筒結(jié)構(gòu)，以便與第二殼體72相配合固定連接。第三殼體73的第二端為塊狀結(jié)構(gòu)，可以與內(nèi)部激光光束的形狀相匹配，并使結(jié)構(gòu)更加緊湊。圓筒結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成柱形平凸透鏡安裝空間，塊狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成柱形平凹透鏡安裝空間。兩個柱形平凸透鏡80安裝在第三殼體73的圓筒結(jié)構(gòu)內(nèi)，兩個柱形平凹透鏡90安裝在第三殼體73的塊狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，且兩個柱形平凸透鏡80和兩個柱形平凹透鏡90之間固定設(shè)置有固定板78，固定板78通過螺釘固定在塊狀結(jié)構(gòu)的與圓筒結(jié)構(gòu)相連接的壁面上，且固定板78中間具有用于穿過激光光束的開口。為了防止兩個柱形平凸透鏡80的凸面之間發(fā)生磨損且為了方便安裝固定，兩個柱形平凸透鏡80都固定在固定套77上，固定套77的外周壁與圓筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)周壁相貼合，并將兩個柱形平凸透鏡80之間以及柱形平凸透鏡80與固定板78之間的接觸面相隔離。端蓋76與第三殼體73的第二端通過螺釘固定連接，且為了防止柱形平凸透鏡80和柱形平凹透鏡90受到污染，端蓋76與第三殼體73密封連接，端蓋76上具有用于使激光光束通過的激光射出窗口 761。作為一種優(yōu)選地密封連接方式，端蓋76具有密封槽,在密封槽內(nèi)嵌設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，密封結(jié)構(gòu)優(yōu)選為橡膠密封圈。為了方便調(diào)節(jié)光纖51的光輸出端與柱形平凸透鏡80和柱形平凹透鏡90之間的距離，外殼70還包括調(diào)節(jié)殼體74以及鎖緊環(huán)75。其中調(diào)節(jié)殼體74套設(shè)在第二殼體72外并與第一殼體71固定連接，可以隨第一殼體71的運(yùn)動而運(yùn)動。為了便于固定，第一殼體71的第二端具有第二外螺紋段，調(diào)節(jié)殼體74具有與第二外螺紋段相配合的第二內(nèi)螺紋段。調(diào)節(jié)殼體74內(nèi)周壁具有周向凹槽，第二殼體72的外周壁具有凸緣，凸緣可活動地嵌設(shè)在周向凹槽中。調(diào)節(jié)殼體74可以調(diào)節(jié)光纖51的光輸出端與柱形平凸透鏡80之間的距離，進(jìn)而改變光纖連接頭與柱形平凸透鏡80之間的距離。
鎖緊環(huán)75套設(shè)在第一殼體71外并與調(diào)節(jié)殼體74抵接，以鎖定調(diào)節(jié)殼體74。為了便于安裝，鎖緊環(huán)75的內(nèi)周壁具有第三內(nèi)螺紋段，第一殼體71的外周壁具有與第三內(nèi)螺紋段相配合的第三外螺紋段。本發(fā)明還提供了一種列車運(yùn)行故障動態(tài)圖像檢測設(shè)備，包括補(bǔ)償光源系統(tǒng)，該補(bǔ)償光源系統(tǒng)為前述任一種的補(bǔ)償光源系統(tǒng)。從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果通過沿激光傳輸方向順次設(shè)置柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡，且柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡的母線相互垂直，利用柱形平凸透鏡在其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角不產(chǎn)生影響，而在垂直于其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角進(jìn)行壓縮，同時，柱形平凹透鏡在其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角不產(chǎn)生影 響，而在垂直于其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角進(jìn)行擴(kuò)散的特性，使柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡分別在兩個垂直方向上對激光光束的發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，且相互之間不會產(chǎn)生影響。激光光束經(jīng)柱形平凸透鏡透射后，其母線方向的發(fā)散角沒有受到壓縮，這樣照射到后面的柱形平凹透鏡上的光束在柱形平凸透鏡的母線方向保持了原有的發(fā)散角，這樣后面的柱形平凹透鏡的曲率半徑可以適當(dāng)增加，以增大光束經(jīng)過柱形平凸透鏡后形成的光斑與柱形平凹透鏡曲面的重疊區(qū)域，提高激光的利用率，進(jìn)而增加了光強(qiáng)。此外，前面的柱形平凸透鏡對垂直于其母線方向的光束發(fā)散角進(jìn)行壓縮，從而調(diào)節(jié)最終所需要的光斑的寬度，這樣，使后面的柱形平凹透鏡在該方向的尺寸與照射到其表面的光斑在該方向的尺寸相適應(yīng)，以保證所有的光都能被折射，也可以提高激光利用率。同時，經(jīng)過柱形平凸透鏡和柱形平凹透鏡后形成的光斑，可以在兩個垂直方向上各自進(jìn)行調(diào)整以滿足相機(jī)拍攝的寬度和長度要求，且調(diào)整過程中相互之間不會產(chǎn)生影響。所以，本發(fā)明的技術(shù)方案可以保證在提高激光的利用率的同時使光斑形狀符合相機(jī)拍攝要求。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)，包括具有光纖(51)的激光發(fā)生裝置(50)，所述光纖(51)具有光輸出端，其特征在于，所述補(bǔ)償光源系統(tǒng)還包括光束整形組件，所述光束整形組件包括 柱形平凸透鏡(80)，與所述光纖(51)的光輸出端相對設(shè)置；以及 柱形平凹透鏡(90)，與柱形平凸透鏡(80)沿所述光纖(51)的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置，所述柱形平凹透鏡(90)的母線與所述柱形平凸透鏡(80)的母線互相垂直設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述柱形平凸透鏡(80)具有相對設(shè)置的第一平面(83)以及第一弧面(84)，所述柱形平凹透鏡(90)具有相對設(shè)置的第二平面(94)以及第二弧面(93)，所述第一弧面(84)和所述第二弧面(93)相對設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述柱形平凸透鏡(80)有多個，多個所述柱形平凸透鏡(80)沿所述激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述柱形平凹透鏡(90)有多個，多個所述柱形平凹透鏡(90)沿所述激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述光束整形組件還包括套設(shè)在所述柱形平凸透鏡(80)和所述柱形平凹透鏡(90)外的外殼(70)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼(70)包括 第一殼體(71)，其第一端具有光纖連接頭插孔(711)，所述光纖(51)的光輸出端穿射在所述光纖連接頭插孔(711)中； 第二殼體(72),其第一端嵌設(shè)在所述第一殼體(71)內(nèi)并相對于所述第一殼體(71)沿軸線方向可運(yùn)動地設(shè)置，其第二端具有第一外螺紋段，所述第二殼體(72)具有與所述光纖(51)的光輸出端對應(yīng)設(shè)置且沿所述光纖(51)的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向延伸的通孔； 第三殼體(73)，其第一端具有與所述第一外螺紋段相配合的第一內(nèi)螺紋段，所述第三殼體(73)具有與所述通孔對應(yīng)設(shè)置的柱形平凸透鏡安裝空間以及柱形平凹透鏡安裝空間；以及 端蓋(76)，與所述第三殼體(73)的第二端密封連接，所述端蓋(76)具有激光射出窗口(761)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一殼體(71)的第二端具有第二外螺紋段； 所述外殼(70)還包括調(diào)節(jié)殼體(74)以及鎖緊環(huán)(75)，所述調(diào)節(jié)殼體(74)套設(shè)在所述第二殼體(72)外并具有與所述第二外螺紋段相配合的第二內(nèi)螺紋段，所述鎖緊環(huán)(75)套設(shè)在所述第一殼體(71)外并與所述調(diào)節(jié)殼體(74)抵接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一殼體(71)具有沿其徑向方向設(shè)置的定向螺栓(712)； 所述調(diào)節(jié)殼體(74)的內(nèi)周壁具有周向凹槽； 所述第二殼體(72)具有沿其軸向方向延伸并與所述定向螺栓(712)相配合的滑槽以及與所述周向凹槽活動配合的凸緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述端蓋(76)具有密封槽，所述密封槽內(nèi)嵌設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。
10.一種列車運(yùn)行故障動態(tài)圖像檢測設(shè)備，包括補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述補(bǔ)償光源系統(tǒng)為權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車運(yùn)行故障動態(tài)圖像檢測設(shè)備。其中補(bǔ)償光源系統(tǒng)包括具有光纖(51)的激光發(fā)生裝置(50)，光纖(51)具有光輸出端，補(bǔ)償光源系統(tǒng)還包括光束整形組件，光束整形組件包括柱形平凸透鏡(80)，與光纖(51)的光輸出端相對設(shè)置；以及柱形平凹透鏡(90)，與柱形平凸透鏡(80)沿光纖(51)的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置，柱形平凹透鏡(90)的母線與柱形平凸透鏡(80)的母線互相垂直設(shè)置。本發(fā)明旨在提供一種可以提高激光利用率并使最終形成的光斑符合相機(jī)拍攝要求的補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車運(yùn)行故障動態(tài)圖像檢測設(shè)備。
文檔編號G01M17/08GK102879908SQ20121041070
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者劉玉鳳, 陳曉華, 葉銀 申請人:北京凱普林光電科技有限公司