CN100387929C - 三棱镜高度激光非接触检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

三棱镜高度激光非接触检测方法及装置属于光学零件尺寸检测及激光应用技术领域。现有技术采用人工、接触检测方法测量，损伤工件，精度低，效率低；而现有激光扫描尺寸检测方法和装置都无法检测透明三棱镜高度的检测。本发明将三棱镜作为激光扫描尺寸检测方法的被测工件，并限定三棱镜的摆放姿态；在检测装置中加入一块遮光板，解决了透过被测工件的折射光对检测过程的干扰。实现了三棱镜高度的激光非接触检测，同时克服了人工、接触检测方法的不足，检测精度可达±2μm(3.000～9.999mm)，或者±5μm(10.000～20，000mm)。本发明主要用于光学三棱镜高度的在线非接触检测。

Description

三棱镜高度激光非接触检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种以激光扫描的方式非接触检测三棱镜高度的方法和装置，属于光学零件尺寸检测及激光应用技术领域。

背景技术

以往检测三棱镜高度的方法是使用高度尺或者标准量块进行比对测量，是一种人工、接触式测量方法。

与本发明有关的现有技术领域中还有一种激光扫描非接触自动检测工件尺寸的方法和装置。该装置由三大部分组成，见图1所示，即光学系统、电学系统、微机系统。光学系统详见图2，由准直激光光源1发出的检测光经平面反射镜2反射，会聚在扫描棱镜3的反射面上。扫描棱镜3将静态检测光转换成匀角速度扫描光，扫描棱镜3上的会聚点是扫描光发射透镜的光学焦点。该发射透镜就是一个利用光学畸变原理设计的fθ透镜4，它将匀角速度扫描光转换成匀线速度扫描光，诸扫描光平行并分布在一个平面上，形成一个检测光带。该光带经过被测工件5，由于被测工件5对于扫描光来说是不透明的，所以该光带一部分被被测工件5遮挡，通过部分由接收透镜6会聚在光电传感器7上。由光学系统输出的检测信号经电学系统处理后，再由微机系统据此解算出被测工件5的几何尺寸。采用上述装置检测工件尺寸的方法是一种非接触检测方法，不会损伤工件，并且还具有动态快速检测、精度高等优点，不仅可以实现工件的离线检测，还可以实现在线、逐一检测。

发明内容

与市场对光学零件加工的高质量、高精度、短周期、百分之百检测的要求相比，关于三棱镜高度检测的现有技术则存在以下不足：(1)接触测量容易损伤被测工件；(2)因检测方法及装置自身情况所限，检测精度低；(3)人工检测速度慢、效率低，不能实现在线测量；(4)人工检测操作劳动强度大，测试过程受人为因素的影响也很大，检测结果容易失真，并有波动，由此来看，这种检测方法的检测结果的准确性也没有保证。

而现有技术中的激光扫描非接触自动检测工件尺寸的方法和装置只能用来检测非透明的圆柱体外径。由于上述三棱镜对于扫描光来说是透明的，当平行检测光带通过它时，一部分扫描光折射透过，成为干扰杂光，使得现有的这种方法和装置无法完成三棱镜高度的检测。

为了实现三棱镜高度的激光扫描非接触自动检测，我们发明了一种三棱镜高度激光非接触检测方法及装置。

本发明之三棱镜高度激光非接触检测方法是这样实现的，见图3所示，采用现有技术领域中的激光扫描非接触自动检测工件尺寸的方法，其特征在于，被测工件是一种三棱镜8，它相对于扫描光来说是透明的，三棱镜8的轴线垂直于检测光带所在平面，且底面与检测光带中的扫描光平行，检测项目为三棱镜8的高h，见图4所示，在检测过程中，需要在三棱镜8和接收透镜6之间放置一块遮光板9，以遮挡透过三棱镜8的折射光。

本发明之专用于三棱镜高度激光非接触检测方法的装置是这样实现的，见图3、图4所示，采用现有技术领域中的激光扫描非接触自动检测工件尺寸的装置，其特征在于，在被测工件三棱镜8和接收透镜6之间放置一块平面遮光板9，其材质对于扫描光来说不透明，遮光板9与检测光带中的扫描光垂直，底边与三棱镜8底面在同一平面上，其高度h′由下式确定：

$h^{\′}=\frac{h\·\cos \⟨{\sin }^{-1}\{n\·\sin [\mathrm{\α}-{\sin }^{-1}\left(\frac{\cos \mathrm{\β}}{n}\right)\left]\right\}\⟩}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})\·\sin \⟨\mathrm{\α}+\mathrm{\β}-{\sin }^{-1}\{n\·\sin [\mathrm{\α}-{\sin }^{-1}\left(\frac{\cos \mathrm{\β}}{n}\right)\left]\right\}\⟩}$

式中α是三棱镜8的顶角，β是三棱镜8与透镜4相邻的底角，h是三棱镜8的标称高度，n是三棱镜8的折射率。

由于上述技术方案采用激光扫描非接触检测方法检测三棱镜的高度，所以，克服了现有技术中人工、接触式测量方法的所有不足之处。在所采用的检测装置中增设遮光板，解决了现有技术中的激光扫描非接触自动检测工件尺寸装置因透过被测工件的折射光的干扰，而无法实现三棱镜高度的激光扫描非接触自动检测的问题。本发明之装置分辨率达到1μm，测量范围为3～20mm，测量精度为：±2μm(3.000～9.999mm)；±5μm(10.000～20.000mm)。

附图说明

图1是现有技术及本发明之激光扫描非接触自动检测工件尺寸的装置系统组成示意图。图2是现有技术之装置光学系统及检测工作状态示意图。图3是本发明之装置光学系统及检测工作状态示意图，该幅图同时还作为摘要附图。图4是本发明之被测工件及遮光板参数示意图。

具体实施方式

本发明之三棱镜高度激光非接触检测方法是这样实现的，见图3、图4所示，采用现有技术领域中的激光扫描非接触自动检测工件尺寸的方法，被测工件是一种光学三棱镜8，它相对于扫描光来说是透明的，三棱镜8的轴线垂直于检测光带所在平面，且底面与检测光带中的扫描光平行，检测项目为三棱镜8的高h，在检测过程中，在三棱镜8和接收透镜6之间放置一块遮光板9，以遮挡透过三棱镜8的折射光。

本发明之专用于三棱镜高度激光非接触检测方法的装置是这样实现的，见图3、图4所示，采用现有技术领域中的激光扫描非接触自动检测工件尺寸的装置，另外，在被测工件三棱镜8和接收透镜6之间放置一块平面遮光板9，其材质对于扫描光来说不透明，如采用厚度为0.2～0.5mm的铝板。遮光板9与检测光带中的扫描光垂直，底边与三棱镜8底面在同一平面上，并与和其相邻的三棱镜8底角线相抵。其高度h′由下式确定：

$h^{\′}=\frac{h\·\cos \⟨{\sin }^{-1}\{n\·\sin [\mathrm{\α}-{\sin }^{-1}\left(\frac{\cos \mathrm{\β}}{n}\right)\left]\right\}\⟩}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})\·\sin \⟨\mathrm{\α}+\mathrm{\β}-{\sin }^{-1}\{n\·\sin [\mathrm{\α}-{\sin }^{-1}\left(\frac{\cos \mathrm{\β}}{n}\right)\left]\right\}\⟩}$

式中α是三棱镜8的顶角，β是三棱镜8与透镜4相邻的底角，h是三棱镜8的标称高度，n是三棱镜8的折射率。h′是遮光板9的理论高度。所采用的遮光板9的实际高度h″可以在小于三棱镜8的标称高度h、大于等于遮光板9的理论高度h′的范围内确定，即：

h′≤h″＜h。

Claims (4)

1.一种三棱镜高度激光非接触检测方法，扫描光平行分布在一个平面上，形成一个检测光带，其特征在于，被测工件是一种三棱镜(8)，它相对于扫描光来说是透明的，三棱镜(8)的轴线垂直于检测光带所在平面，且底面与检测光带中的扫描光平行，检测项目为三棱镜(8)的高，在检测过程中，需要在三棱镜(8)和接收透镜(6)之间放置一块遮光板(9)，以遮挡透过三棱镜(8)的折射光。

2.一种专用于权利要求1所述三棱镜高度激光非接触检测方法的装置，其光学系统为，准直激光光源(1)发出的检测光经平面反射镜(2)反射，会聚在扫描棱镜(3)的反射面上，扫描棱镜(3)将静态检测光转换成匀角速度扫描光，发射透镜即fθ透镜(4)将匀角速度扫描光转换成匀线速度扫描光，形成一个检测光带，该光带经过被测工件，通过部分由接收透镜(6)会聚在光电传感器(7)上，其特征在于，在被测工件三棱镜(8)和接收透镜(6)之间放置一块平面遮光板(9)，其材质对于扫描光来说不透明，遮光板(9)与检测光带中的扫描光垂直，底边与三棱镜(8)底面在同一平面上，其高度h′由下式确定：

$h^{\′}=\frac{h\·\cos \⟨{\sin }^{-1}\{n\·\sin [\mathrm{\α}-{\sin }^{-1}\left(\frac{\cos \mathrm{\β}}{n}\right)\left]\right\}\⟩}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})\·\sin \⟨\mathrm{\α}+\mathrm{\β}-{\sin }^{-1}\{n\·\sin [\mathrm{\α}-{\sin }^{-1}\left(\frac{\cos \mathrm{\β}}{n}\right)\left]\right\}\⟩},$

式中α是三棱镜(8)的顶角，β是三棱镜(8)与透镜(4)相邻的底角，h是三棱镜(8)的标称高度，n是三棱镜(8)的折射率。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，遮光板(9)底边与三棱镜(8)和其相邻的底角线相抵。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，遮光板(9)实际高度在小于三棱镜(8)的标称高度h、大于等于遮光板(9)的高度h′的范围内确定。