CN104197847A - 一种传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种传感器，属于传感器领域。本传感器包括三角测距传感部分和偏轴光束位移传感部分，三角测距传感部分包括双路分光镜一，位于双路分光镜一的一光路上的反射镜和能够接收该光路的电荷耦合器件，偏轴光束位移传感部分包括双路分光器一，位于双路分光器一另一光路上的双路分光器二和双路分光器二两侧的物镜和场镜以及二象限光电池，双路分光镜一通激光束，分频后一路被反射镜反射到被测物，其反射光被电荷耦合器件接收形成光斑，一路经双路分光镜二、物镜聚焦在被测物，其反射光束经物镜、双路分光镜二、场镜后聚焦在二象限光电池形成光斑。本传感器的调整功能具有自动化、智能化程度强的优点。

Description

一种传感器

技术领域

本发明属于传感器领域，涉及一种传感器。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域，如工业自动化、农业现代比、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。

几何误差测量是制造工程的重要前提与基础。出于人们对产品品质的不断追求，加工精度日益提高，几何误差的测量精度亦不断提高。高精度位移传感器在几何误差测量中的应用越来越广泛。其中主要包括电感传感器、磁致伸缩传感器、电涡流传感器、电容传感器、激光传感器、光纤传感器等。电感传感器、磁致伸缩传感器属于接触式测量，测头可能在被测件表面形成损伤，从而影响产品性能。电涡流传感器只能检测金属材质，光纤传感器价格较高，电容传感器工作距离过小(数十微米)。应用最广泛的是激光位移传感器，特别是采用三角测距原理的激光位移传感器，其具有非接触、精度高、工作距离大易于安装、价格适中等特点。另一种是偏轴光束激光位移传感器，该传感器精度更高、具有纳米级分辨率，但量程较小(0.05～0.2mm)。因此，在测量前的聚焦调整时，传感器常常没有信号，需要凭借人工经验判断聚焦调整方向，不利于测量的自动化。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种传感器，该可提示聚焦方向的高精度激光位移传感器提高了同类传感器的聚集调整的自动化、智能化程度，解决了现有激光位移传感器需要凭借人工经验判断聚焦调整方向，不利于测量的自动化。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种传感器，其特征在于，包括三角测距传感部分和偏轴光束位移传感部分，所述三角测距传感部分包括双路分光镜一，位于所述双路分光镜一的一光路上的反射镜和能够接收该光路的电荷耦合器件，所述偏轴光束位移传感部分包括上述双路分光器一，位于上述双路分光器一另一光路上的双路分光器二和位于所述双路分光器二两侧的物镜和场镜以及二象限光电池，当对双路分光镜一通激光束，分频后一路被所述反射镜反射到被测物上，其反射光被电荷耦合器件接收形成光斑，另一路经双路分光镜二、物镜后聚焦在被测物表面上，其反射光束经物镜、双路分光镜二、场镜后聚焦在二象限光电池上形成光斑。

电荷耦合器件又称ccd，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像，被测物放置在物镜的下方，当被测物产生位移时，反射光束在CCD上的光斑位置发生改变。这一部分光路构成三角测距传感部分；光斑在光电池上的位置决定了光电池两路输出信号的强弱，I象限中光斑面积较大，故而I象限输出电流大于II象限。当被测面产生位移或起伏时，反射光束发生偏移，导致聚焦在二象限光电池上的光斑产生位移，光电池输出的两路电流信号强弱发生变化。这一部分光路构成偏轴光束位移传感部分。本发明将激光三角测距与偏轴光束位移传感器原理相结合，实现可提示聚焦方向的高精密激光位移检测。测量原理如下：在进行位移测量前，须将被测面调整到场镜的焦距位置。假定初始时刻，被测面偏离场镜的聚焦位置较多，超出量程，因而光电池没有信号。当前被测面的位置由三角测距光路中的CCD给出，CCD的精度不必很高，可粗略判断测头的聚焦调整方向即可。当通过调整传感器的聚焦位置，使被测面进入传感器量程后，可由传感器中光电池的信号精细判断聚焦方向，最终使被测面聚焦在物镜的焦距上。在不明显增加偏轴光束激光位移传感器成本的基础上，将聚焦调整分为两个阶段，即利用三角测距光路CCD信号的粗略调整，及利用偏轴光束探测器信号的精细调整。实线了主动提示聚焦方向的高精度激光位移传感器，提高了该传感器的聚集调整的自动化、智能化程度。

在上述的一种传感器中，所述激光束由双频激光器发出。

由于进入激光三角测距光路与偏轴光束位移测量光路的激光频率不同，该路激光在被测面上的光斑不会影响偏轴光束位移测量结果。

在上述的一种传感器中，调节聚焦位置通过丝杆手轮调节。

通过丝杆手轮进行本传感器焦距的调节。

在上述的一种传感器中，调节聚焦位置通过电机调节。

通过设置电机并附加电机控制系统，可实现传感器的自动聚焦。

在上述的一种传感器中，所述偏轴光束位移传感部分光路检测范围为200μm，精度为0.1μm。

在上述的一种传感器中，所述三角测距传感部分光路检测范围为20mm，检测精度为0.05mm。

与现有技术相比，本可提示聚焦方向的高精度激光位移传感器具有以下优点：

1、本可提示聚焦方向的高精度激光位移传感器在不明显增加偏轴光束激光位移传感器成本的基础上，将聚焦调整分为两个阶段，即利用三角测距光路CCD信号的粗略调整，及利用偏轴光束探测器信号的精细调整。实线了主动提示聚焦方向的高精度激光位移传感器，提高了该传感器的聚集调整的自动化、智能化程度。

附图说明

图1是本传感器的结构图。

图2是本传感器的二象限光电池上的光斑图。

图中，1、三角测距传感部分；1a、双路分光镜一；1b、反射镜；1c、电荷耦合器件；2、偏轴光束位移传感部分；2a、双路分光器二；2b、物镜；2c、场镜；2d、二象限光电池；2d1、光斑；3、激光束。

具体实施方式

如图1和图2所示，本传感器包括三角测距传感部分1和偏轴光束位移传感部分2，三角测距传感部分1包括双路分光镜一1a，位于双路分光镜一1a的一光路上的反射镜1b和能够接收该光路的电荷耦合器件1c，偏轴光束位移传感部分2包括双路分光器一，位于双路分光器一另一光路上的双路分光器二2a和位于双路分光器二2a两侧的物镜2b和场镜2c以及二象限光电池2d，当对双路分光镜一1a通激光束3，分频后一路被反射镜1b反射到被测物上，其反射光被电荷耦合器件1c接收形成光斑2d1，另一路经双路分光镜二、物镜2b后聚焦在被测物表面上，其反射光束经物镜2b、双路分光镜二、场镜2c后聚焦在二象限光电池2d上形成光斑2d1。

电荷耦合器件1c又称ccd，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像，被测物放置在物镜2b的下方，当被测物产生位移时，反射光束在CCD上的光斑2d1位置发生改变。这一部分光路构成三角测距传感部分1；光斑2d1在光电池上的位置决定了光电池两路输出信号的强弱，I象限中光斑2d1面积较大，故而I象限输出电流大于II象限。当被测面产生位移或起伏时，反射光束发生偏移，导致聚焦在二象限光电池2d上的光斑2d1产生位移，光电池输出的两路电流信号强弱发生变化。这一部分光路构成偏轴光束位移传感部分2。本发明将激光三角测距与偏轴光束位移传感器原理相结合，实现可提示聚焦方向的高精密激光位移检测。测量原理如下：在进行位移测量前，须将被测面调整到场镜2c的焦距位置。假定初始时刻，被测面偏离场镜2c的聚焦位置较多，超出量程，因而光电池没有信号。当前被测面的位置由三角测距光路中的CCD给出，CCD的精度不必很高，可粗略判断测头的聚焦调整方向即可。当通过调整传感器的聚焦位置，使被测面进入传感器量程后，可由传感器中光电池的信号精细判断聚焦方向，最终使被测面聚焦在物镜2b的焦距上。在不明显增加偏轴光束激光位移传感器成本的基础上，将聚焦调整分为两个阶段，即利用三角测距光路CCD信号的粗略调整，及利用偏轴光束探测器信号的精细调整。实线了主动提示聚焦方向的高精度激光位移传感器，提高了该传感器的聚集调整的自动化、智能化程度。

激光束3由双频激光器发出。由于进入激光三角测距光路与偏轴光束位移测量光路的激光频率不同，该路激光在被测面上的光斑2d1不会影响偏轴光束位移测量结果。

调节聚焦位置通过丝杆手轮调节。通过丝杆手轮进行本传感器焦距的调节。在实际生产还可通过电机调节。通过设置电机并附加电机控制系统，可实现传感器的自动聚焦。

偏轴光束位移传感部分2光路检测范围为200μm，精度为0.1μm。三角测距传感部分1光路检测范围为20mm，检测精度为0.05mm。

本传感器需要在外部连接显示数值的显示屏，设定传感器物镜2b焦距为F，当二象限光电池2d无信号时，由CCD信号获得被测面到传感器物镜2b距离为L，若L>F，则显示器上提示向下调整传感器位置，若L<F，则显示屏上提示向上调整传感器位置。当被测面进入量程，即二象限光电池2d有信号时，显示位移测量数值，当测量值为0时，被测面位于传感器物镜2b焦平面上。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种传感器，其特征在于，包括三角测距传感部分和偏轴光束位移传感部分，所述三角测距传感部分包括双路分光镜一，位于所述双路分光镜一的一光路上的反射镜和能够接收该光路的电荷耦合器件，所述偏轴光束位移传感部分包括上述双路分光器一，位于上述双路分光器一另一光路上的双路分光器二和位于所述双路分光器二两侧的物镜和场镜以及二象限光电池，当对双路分光镜一通激光束，分频后一路被所述反射镜反射到被测物上，其反射光被电荷耦合器件接收形成光斑，另一路经双路分光镜二、物镜后聚焦在被测表面上，其反射光束经物镜、双路分光镜二、场镜后聚焦在二象限光电池上形成光斑。

2.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述激光束由双频激光器发出。

3.根据权利要求1或2所述的一种传感器，其特征在于，调节聚焦位置通过丝杆手轮调节。

4.根据权利要求1或2所述的一种传感器，其特征在于，调节聚焦位置通过电机调节。

5.根据权利要求1或2所述的一种传感器，其特征在于，所述偏轴光束位移传感部分光路检测范围为200μm，精度为0.1μm。

6.根据权利要求1或2所述的一种传感器，其特征在于，所述三角测距传感部分光路检测范围为20mm，检测精度为0.05mm。