CN103940341A - 一种位移和倾角一体化测试仪器 - Google Patents

一种位移和倾角一体化测试仪器 Download PDF

Info

Publication number
CN103940341A
CN103940341A CN201310024186.XA CN201310024186A CN103940341A CN 103940341 A CN103940341 A CN 103940341A CN 201310024186 A CN201310024186 A CN 201310024186A CN 103940341 A CN103940341 A CN 103940341A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical system
inclination angle
photodetector
displacement
instrument
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310024186.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103940341B (zh
Inventor
朱军平
陈士钊
水建忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Shunyuan Intelligent Technology Co ltd
Yuyao Sunny Optical Intelligence Technology Co Ltd
Original Assignee
SUZHOU SUNNY INSTRUMENTS SINGAPORE Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SUZHOU SUNNY INSTRUMENTS SINGAPORE Pte Ltd filed Critical SUZHOU SUNNY INSTRUMENTS SINGAPORE Pte Ltd
Priority to CN201310024186.XA priority Critical patent/CN103940341B/zh
Publication of CN103940341A publication Critical patent/CN103940341A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103940341B publication Critical patent/CN103940341B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种位移和倾角一体化测试仪器，包括一个半导体激光器，三个光学系统，被测面，一个反射镜，一个分光镜，两个光电探测器和电路部分，所述的光电探测器a与光学系统c连接并位于中部，半导体激光器与光学系统a连接，位于光电探测器a与光学系统c的一侧，光电探测器b与光学系统b连接，位于光电探测器a与光学系统c的另一侧，所述被测面位于反射镜下方。其能同时测试被测物的位移和倾角变化，便于分析位移和倾角的相关性，结构紧凑，减少一次取放，提高了测试效率。

Description

一种位移和倾角一体化测试仪器
技术领域
本发明涉及一种位移和倾角一体化测试仪器，属于传感器技术领域。
背景技术
目前，广泛应用于测量VCM马达运动和其他镜面反射面的位移变化和倾角变化的位移测试功能和倾角测试功能是分离的，分别由两台仪器实现。在实际应用时，需提供两套仪器安装机构和被测物装卡结构，做两次取放才能完成同一个物体的位移和角度测量。两次测试的不同步性和装卡环境的改变均会影响测试结果，进而影响分析同一运动过程中位移和倾角的相关性，最终影响被测物的性能分析和评价。
发明内容
    针对上述问题，本发明的目的是提供一种能同时测试被测物的位移和倾角变化，便于分析位移和倾角的相关性的位移和倾角一体化测试仪器。
为了实现上述目的，本发明是一种位移和倾角一体化测试仪器，它包括光路部分和电路部分。光路部分包括激光器，3个光学系统，被测面，反射镜，分光镜，2个光电探测器；所述的光电探测器a与光学系统c连接并位于中部，半导体激光器与光学系统a连接，位于光电探测器a与光学系统c的一侧，光电探测器b与光学系统b连接，位于光电探测器a与光学系统c的另一侧，所述反射平面位于反射镜下方。所述的一个激光器、三个光学系统、被测面、一个反射镜、一个分光镜、两个光电探测器分别固定有底座。所述的底座安装于同一块光学平面底板上。
 电路部分包括：与光电探测器连接电流电压转换模块、信号放大模块、除法模块和滤波单元，最后输出与光斑位置成线性关系的电信号，以便做进一步的监控和处理。
本发明的激光器采用650nm 波长的半导体激光器，所述的光电探测器使用位置传感器件PSD(Position Sensitive Detector)，所述的光学系统a是把激光束聚焦于被测面的一点的透镜，所述的光学系统b是把会聚于被测面上的激光点成像到光电探测器b的感光表面的消像差透镜，所述的光学系统c是把激光束聚焦到焦平面即光电探测器a的感光面的透镜。光源激光器发出的光通过透镜进行聚光，并照射到物体上。物体发出的反射光通过受光透镜集中到位置检测元件即光电探测器上。如果物体的位置距离和倾角发生变化，则光束在两个光电探测器件上的成像位置也不同，两个光电探测器的输出电压会发生变化。利用这一特性将该相对距离的相对变化检测出来，从而实现对于倾角和位移的测量。光电探测器PSD 具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点，其工作原理是基于横向光电效应，是一种光能与位置的转换器件，由于位置量为模拟量输出，系统响应快，分辨率高，成本低，可以显著提高系统的抗干扰能力，从而实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置和角度检测。
     本发明能同时测试被测物的位移和倾角变化，便于分析位移和倾角的相关性，结构紧凑，减少一次取放，提高了测试效率。结构简单、操作方便、不受电磁场影响、可以实时的测量和调整精度，稳定性好，不受温度变化的影响，降低了系统的复杂性，具有较强的实用价值。
附图说明
图1为本发明一种位移和倾角一体化测试仪器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式。如图1所示，本发明包括一个激光器1，三个光学系统4、5、7，被测面10，一个反射镜8，一个分光镜6，两个光电探测器2、3，和电路部分，所述的光电探测器2与光学系统7连接并位于中部，半导体激光器1与光学系统4连接，位于光电探测器2与光学系统7的一侧，光电探测器3与光学系统5连接，位于光电探测器2与光学系统7的另一侧，所述被测面10位于反射镜8下方。所述的一个激光器1，三个光学系统4、5、7，被测面10，一个反射镜8，一个分光镜6，两个光电探测器2、3分别固定有底座。所述的底座安装于同一块光学平面底板上。所述的光学系统4是把激光束聚焦于被测面的一点的透镜，所述的光学系统5是把会聚于被测面上的激光点成像到光电探测器3的感光表面的消像差透镜，所述的光学系统7是把激光束聚焦到焦平面即光电探测器2的感光面的透镜。
所述的激光器为650nm波长的半导体激光器。从激光器1出射的激光束，经光学系统4在被测物的表面10上会聚为一个极小的光斑。入射光束在被测表面10上发生镜面反射，反射光束经分光镜被分为两束：一束在反射镜上发生反射，并通过光学系统7在光电探测器2上形成光斑，进而反馈光斑的位置信息；另一束经光学系统5在光电探测器3上形成光斑，进而反馈光斑的位置信息。当被测表面10发生法线9方向的位移时，光电探测器3上的光斑相应地也会发生位移；当被测面10发生倾斜时，光电探测器2上的光斑也会发生位移。当光斑在设计的两个极限位置之间发生位移时，光电探测器3输出的电流信号经过电流电压转换、信号放大和滤波后得到的两次电压的差值与光斑发生的位移值是一次函数的关系，光斑在初始位置时，光电探测器3的输出电压为U1，当光斑位置发生位移ΔX时，电压值变为U2，则U2-U1=k×ΔX，其中k为常数，即位移前后光电探测器3输出电压差值除以常数k即可得出光斑发生的位移距离；当被测面10在设计的两个极限角度之间倾斜时，反射光束会以两倍于反射面倾斜角的角度发生摆动，光电探测器2上的光斑也会发生位移，光电探测器2输出的电流信号经过电流电压转换、信号放大和滤波后得到的电压差值做线性运算，再除以光学系统7的焦距，然后做反正切变换，就能得到倾斜角。
本发明电路部分包括：与光电探测器连接的电流电压转换模块、信号放大模块、除法模块和滤波单元，最后输出与光斑位置成线性关系的电信号，以便做进一步的监控和处理。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (7)

1.一种位移和倾角一体化测试仪器，其特征在于，包括一个激光器（1），三个光学系统a、b、c（4、5、7），被测面（10），一个反射镜（8），一个分光镜（6），两个光电探测器a、b（2、3），和电路部分，所述的光电探测器a（2）与光学系统c（3）连接并位于中部，半导体激光器（1）与光学系统a（4）连接，位于光电探测器a（2）与光学系统c（7）的一侧，光电探测器b（3）与光学系统b（5）连接，位于光电探测器a（2）与光学系统c（7）的另一侧，所述被测面（10）位于反射镜（8）下方。
2.根据权利要求1所述的一种位移和倾角一体化测试仪器，其特征在于，所述的一个激光器、三个光学系统、被测面、一个反射镜、一个分光镜、两个光电探测器分别固定有底座。
3.根据权利要求2所述的一种位移和倾角一体化测试仪器，其特征在于，所述的底座安装于同一块光学平面底板上。
4.根据权利要求1所述的一种位移和倾角一体化测试仪器，其特征在于，所述的激光器为650nm波长的半导体激光器。
5.根据权利要求1所述的一种位移和倾角一体化测试仪器，其特征在于，所述的光学系统a是把激光束聚焦于被测面的一点的透镜。
6.根据权利要求1所述的一种位移和倾角一体化测试仪器，其特征在于，所述的光学系统b是把会聚于被测面上的激光点成像到光电探测器b的感光表面的消像差透镜。
7.根据权利要求1所述的一种位移和倾角一体化测试仪器，其特征在于，所述的光学系统c是把激光束聚焦到焦平面即光电探测器a的感光面的透镜。
CN201310024186.XA 2013-01-23 2013-01-23 一种位移和倾角一体化测试仪器 Active CN103940341B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310024186.XA CN103940341B (zh) 2013-01-23 2013-01-23 一种位移和倾角一体化测试仪器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310024186.XA CN103940341B (zh) 2013-01-23 2013-01-23 一种位移和倾角一体化测试仪器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103940341A true CN103940341A (zh) 2014-07-23
CN103940341B CN103940341B (zh) 2016-12-28

Family

ID=51188112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310024186.XA Active CN103940341B (zh) 2013-01-23 2013-01-23 一种位移和倾角一体化测试仪器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103940341B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105277125A (zh) * 2015-11-04 2016-01-27 宁波舜宇智能科技有限公司 一种测量倾角和位移的系统及方法
CN108088371A (zh) * 2017-12-19 2018-05-29 厦门大学 一种用于大位移监测的光电探测器位置布局
CN109186501A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 珠海市运泰利自动化设备有限公司 高精度光电传感器角度检测系统、标定方法及检测方法
CN109269417A (zh) * 2018-07-25 2019-01-25 孝感锐创机械科技有限公司 一种基于反射镜的非接触式振动位移传感器
CN109916338A (zh) * 2019-02-28 2019-06-21 同济大学 晶片表面倾角变化精密测量系统
CN110262091A (zh) * 2019-05-20 2019-09-20 山西大学 激光束横向倾角位移电光调制器及倾角位移产生测量装置
CN110793468A (zh) * 2018-08-02 2020-02-14 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种光学元件位置检测装置、控制装置及检测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0650720A (ja) * 1992-04-22 1994-02-25 Nec Corp 高さ測定方法および装置
JP2004150967A (ja) * 2002-10-31 2004-05-27 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd 光学特性計測装置、および光学式変位計
CN1760633A (zh) * 2004-10-15 2006-04-19 佳能株式会社 位置检测装置和方法
CN201514379U (zh) * 2009-08-19 2010-06-23 南京信息工程大学 散射式云粒子探测器光学系统
CN201607216U (zh) * 2010-02-02 2010-10-13 科瑞自动化技术(深圳)有限公司 同时测量待测面的角度和高度的装置
CN102359814A (zh) * 2011-07-04 2012-02-22 苏州舜新仪器有限公司 三维激光运动姿态测量系统及方法
CN102519368A (zh) * 2011-12-27 2012-06-27 合肥工业大学 法向位移和角度传感光学测头及测量方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0650720A (ja) * 1992-04-22 1994-02-25 Nec Corp 高さ測定方法および装置
JP2004150967A (ja) * 2002-10-31 2004-05-27 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd 光学特性計測装置、および光学式変位計
CN1760633A (zh) * 2004-10-15 2006-04-19 佳能株式会社 位置检测装置和方法
CN201514379U (zh) * 2009-08-19 2010-06-23 南京信息工程大学 散射式云粒子探测器光学系统
CN201607216U (zh) * 2010-02-02 2010-10-13 科瑞自动化技术(深圳)有限公司 同时测量待测面的角度和高度的装置
CN102359814A (zh) * 2011-07-04 2012-02-22 苏州舜新仪器有限公司 三维激光运动姿态测量系统及方法
CN102519368A (zh) * 2011-12-27 2012-06-27 合肥工业大学 法向位移和角度传感光学测头及测量方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105277125A (zh) * 2015-11-04 2016-01-27 宁波舜宇智能科技有限公司 一种测量倾角和位移的系统及方法
CN108088371A (zh) * 2017-12-19 2018-05-29 厦门大学 一种用于大位移监测的光电探测器位置布局
CN109269417A (zh) * 2018-07-25 2019-01-25 孝感锐创机械科技有限公司 一种基于反射镜的非接触式振动位移传感器
CN110793468A (zh) * 2018-08-02 2020-02-14 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种光学元件位置检测装置、控制装置及检测方法
CN109186501A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 珠海市运泰利自动化设备有限公司 高精度光电传感器角度检测系统、标定方法及检测方法
CN109186501B (zh) * 2018-09-30 2024-05-17 珠海市运泰利自动化设备有限公司 高精度光电传感器角度检测系统的标定方法及检测方法
CN109916338A (zh) * 2019-02-28 2019-06-21 同济大学 晶片表面倾角变化精密测量系统
CN110262091A (zh) * 2019-05-20 2019-09-20 山西大学 激光束横向倾角位移电光调制器及倾角位移产生测量装置
CN110262091B (zh) * 2019-05-20 2020-08-04 山西大学 激光束横向倾角位移电光调制器及倾角位移产生测量装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103940341B (zh) 2016-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103940341A (zh) 一种位移和倾角一体化测试仪器
CN105277125B (zh) 一种测量倾角和位移的系统及方法
JPH06509415A (ja) 探触子
CN205808344U (zh) 移位传感器
CN109115723A (zh) 基于数字微镜设备的光学相干层析成像装置及成像方法
WO2013091584A1 (zh) 一种检测基质内缺陷的方法及装置
KR20190128068A (ko) 오프셋 빔을 통한 입자 검출을 위한 레이저 센서 모듈
CN102768184A (zh) 一种用于薄膜杨氏模量测量的系统
CN107037437B (zh) 厚度测量装置及厚度测量方法
CN105547201A (zh) 平面度测量装置
CN102507596A (zh) 一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统
JP3947159B2 (ja) 共焦点光学結像原理に従って迅速な光学的距離測定を行うセンサ装置
CN112710256B (zh) 扫描光栅微镜的机电性能测试系统及方法
JP4104427B2 (ja) 光学特性計測装置
CN108318736B (zh) 压电陶瓷响应频率的非接触式测量装置及测量方法
CN109696129B (zh) 一种精密位移传感器及其测量方法
US6753528B1 (en) System for MEMS inspection and characterization
JP2019032325A (ja) 変位検出装置および物体の変位を測定する方法
CN211426269U (zh) 一种光路装置以及oct成像系统
CN102589685A (zh) 一种光场相位分布检测系统及检测方法
KR100296634B1 (ko) 광 픽업을 이용한 위치측정장치 및 방법
CN104266583A (zh) 多自由度测量系统
JP2006300661A (ja) 干渉計，フーリエ分光装置
CN211317545U (zh) 一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置
Balzer et al. Application of a novel fibre-coupled confocal sensor in a nanopositioning and nanomeasuring machine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: NINGBO SUNNY INTELLIGENT MEASURING INSTRUMENT CO.,

Free format text: FORMER OWNER: SUZHOU SHUNXIN INSTRUMENT CO., LTD.

Effective date: 20150528

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20150528

Address after: 315400 Zhejiang province Yuyao Shunyu Road No. 66-68

Applicant after: NINGBO SUNNY INSTRUMENTS Co.,Ltd.

Address before: Wuzhong Science Park A Building No. 1368 Wuzhong District Wuzhong road in Suzhou city of Jiangsu Province in 215104 room 537

Applicant before: Sunny Instruments (Suzhou) Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information

Address after: 315400 Zhejiang province Yuyao Shunyu Road No. 66-68

Applicant after: NINGBO SUNNY INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 315400 Zhejiang province Yuyao Shunyu Road No. 66-68

Applicant before: NINGBO SUNNY INSTRUMENTS Co.,Ltd.

COR Change of bibliographic data
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180711

Address after: No. 66-68, Shun Yu Road, Yuyao City, Ningbo, Zhejiang

Co-patentee after: YUYAO SUNNY INTELLIGENT OPTICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Patentee after: NINGBO SUNNY INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: No. 66-68, Shun Yu Road, Yuyao, Zhejiang

Patentee before: NINGBO SUNNY INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
CP03 Change of name, title or address

Address after: No. 5 Xingxian Road, Yangming Street, Yuyao City, Ningbo City, Zhejiang Province, 315400

Patentee after: Ningbo Shunyuan Intelligent Technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Patentee after: YUYAO SUNNY INTELLIGENT OPTICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: No. 66-68, Shun Yu Road, Yuyao City, Ningbo, Zhejiang

Patentee before: NINGBO SUNNY INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Country or region before: China

Patentee before: YUYAO SUNNY INTELLIGENT OPTICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CP03 Change of name, title or address
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240511

Address after: No. 5 Xingxian Road, Yangming Street, Yuyao City, Ningbo City, Zhejiang Province, 315400

Patentee after: Ningbo Shunyuan Intelligent Technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: No. 5 Xingxian Road, Yangming Street, Yuyao City, Ningbo City, Zhejiang Province, 315400

Patentee before: Ningbo Shunyuan Intelligent Technology Co.,Ltd.

Country or region before: China

Patentee before: YUYAO SUNNY INTELLIGENT OPTICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right