CN104535579A - 一种钢带光栅的刻划缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

一种钢带光栅的刻划缺陷检测装置，属于光学检测技术领域，为准确地评估钢带光栅刻划缺陷情况，该装置为：标准玻璃光栅驱动模块带动标准玻璃光栅在测量方向上滑动；信号探测头驱动模块带动信号探测头移动；光源发出的光经准直透镜准直后变成平行光，平行光经同轴光镜头照射到待测钢带光栅上，平行光被待测钢带光栅反射后经同轴光镜头透射至标准玻璃光栅上，平行光被待测钢带光栅及标准玻璃光栅调制后入射到光电探测器上，光信号经过光电探测器转为电信号，电信号被信号处理模块进行放大和A/D转换，脉冲检测模块将信号处理模块传输的电信号转化为脉冲信号。

Description

一种钢带光栅的刻划缺陷检测装置

技术领域

本发明及一种钢带光栅的刻划缺陷检测装置，属于光学检测技术领域。

背景技术

随着机床领域对定位精度要求的不断提高，光栅尺的重要地位日益凸显。相对于传统的玻璃光栅而言，钢带光栅具有耐磨、耐冲击、加工尺寸长、热膨胀系数与机床更接近等一系列优点，这些优点使得钢带式光栅尺成为各大光栅尺制造公司开发的目标产品。

钢带光栅作为光栅的核心部件，其质量受光栅制造和使用过程中的变形和镀膜的均匀性等方面影响。当光栅面出现断裂、污点和严重缺陷时，会导致光栅尺干涉条纹信号严重变形，使得后续的计数细分处理存在严重误差，直接影响着钢带光栅尺的测量精度，甚至直接决定了所刻划的光栅是否可用，因此，设计一个光栅刻划质量检测装置来评定光栅质量的好坏是十分必要的。

发明内容

本发明为了准确地评估钢带光栅刻划缺陷情况，提供一种钢带光栅的刻划缺陷检验装置。

本发明解决问题的技术方案是：

一种钢带光栅刻划缺陷检测的装置，其特征是，其包括：信号探测头、标准玻璃光栅、标准玻璃光栅驱动模块、信号探测头驱动模块、信号处理模块和脉冲检测模块；所述信号探测头包括：光源、准直透镜、同轴光镜头和光电探测器；

标准玻璃光栅驱动模块带动标准玻璃光栅在测量方向上滑动；信号探测头驱动模块带动信号探测头移动；

光源发出的光经准直透镜准直后变成平行光，平行光经同轴光镜头照射到待测钢带光栅上，平行光被待测钢带光栅反射后经同轴光镜头透射至标准玻璃光栅上，平行光被待测钢带光栅及标准玻璃光栅调制后入射到光电探测器上，光信号经过光电探测器转为电信号，电信号被信号处理模块进行放大和A/D转换，脉冲检测模块将信号处理模块传输的电信号转化为脉冲信号。

本发明的有益效果：本发明光学与机械结构紧凑，性能可靠；利用成像原理使待测钢带光栅的像准确呈现在探测器位置，精密可控；同轴光镜头采用双远心结构，可以保证在检测过程中，避免前、后工作距离的微小变化引起放大倍率变化而造成检测误差；同轴光镜头的大焦深，可以保证在检测过程中，避免前后工作距离的微小变化引起成像清晰度而造成检测误差。保证了实验装置的稳定性，进而保证了实验数据的可靠性；采集到光信号后由后续的信号处理系统进行分析处理，数据直观时效。

本发明给出的钢带尺的刻划缺陷检测装置可以直观、准确地测出缺陷的位置信息，可以完成显微镜观察等常规的检测手段无法完成的对光栅的全面检验工作，同时利用成像系统可提高整体检测的可靠性。

附图说明

图1是本发明一种钢带光栅的刻划缺陷检验装置的整体结构示意图。

图2是本发明一种钢带光栅的刻划缺陷检验装置的探测器所接收的光强变化随测量距变化的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，一种钢带光栅刻划缺陷检测的装置，其包括：信号探测头1、标准玻璃光栅2、标准玻璃光栅驱动模块4、信号探测头驱动模块5、信号处理模块9和脉冲检测模块10。信号探测头1包括：LED光源8、准直透镜11、同轴光镜头7和光电探测器6。标准玻璃光栅驱动模块4的功能是带动标准玻璃光栅在测量方向上滑动。信号探测头驱动模块5的功能是带动信号探测头1移动。标准玻璃光栅2由透光和不透光部分组成，其周期与刻划待测钢带光栅3的目标周期相同，刻线精度及黑白比均检验合格，为该装置的测量精度提供可靠保证。

该装置的工作流程为：将待测钢带光栅3置于初始位置，设定标准光栅驱动模块4的运动速度。光源8发出的光经准直透镜11准直后变成平行光，经双远心同轴光镜头7照射到待测钢带光栅3上，平行光先后被待测钢带光栅3及标准玻璃光栅2所调制，最终入射到光电探测器6上，光信号转化为电信号，相应的电信号被信号处理模块9进行放大和A/D转换，脉冲检测模块10将信号处理模块9传输的电信号转化为脉冲信号。

当一段距离的待测钢带光栅3被扫描完毕后，标准玻璃光栅驱动模块4驱动标准玻璃光栅2，同时信号探测头驱动模块5带动信号探测头1移动，重复上述工作过程，直至整个待测钢带光栅3被检测完毕。扫描过程可设置次数，如对同一个待测钢带进行3次测量，综合评价，可以避免测量随机误差。最终可得到光栅的平整性、栅线一致性等信息，从而达到对待测钢带光栅3刻划缺陷情况进行检测的目的。

所述的光电探测器6接收被标准玻璃光栅2及待测钢带光栅3所调制的光信号，并转化为电信号，可以选择硅光电池。

所述的双远心的同轴光镜头7，焦深较大，检测过程中前、后工作距离的微小变化不影响待测钢带光栅投影的清晰度，避免清晰度的变化造成调制信号的误差。双远心的镜头可以保证在检测过程中前、后工作距离的微小变化不影响待测钢带光栅3投影的放大倍率，避免放大倍率的变化造成调制信号的误差。

所述的脉冲检测模块10，记录下所有的扫描数据，扫描完毕后，再分析待测钢带光栅3的刻划缺陷情况及缺陷所在的位置。

待测钢带光栅3周期y′与标准玻璃光栅2周期y相同，如都为20μm，则可计算应选同轴光镜头7的垂轴放大倍率：

$\mathrm{\β}=\frac{y^{\′}}{y}=1$

如图2所示，若待测钢带光栅3无任何缺陷，则探测器上光强为定值I，不随测量距离变化。若待测钢带光栅3存在缺陷，缺陷附近光强的变化(即梯形ABCD的面积)与缺陷的大小相对应，过A点作直线的垂线，垂足为H，则HD长度代表缺陷的宽度。将光源视为理想光源，即光均匀分布，则光强变化的直线的斜率为定值。则可设置容许的刻划缺陷产生的相光强偏差为I/20，当脉冲检测模块10检测到的光强偏差超过此限制时，利用后续的处理模块对电信号的处理，可得到光栅上刻划缺陷的位置及大小。

由第一次扫描得到扫描过程中I₀的曲线，则可求出光强的基准值I₁，同理由第二次、第三次扫描得到扫描过程中I的曲线，则可求出光强的基准值I₂、I₃，若的I₁、I₂、I₃差值不超过误差范围(如5％)，则认为所测得的值真实有效，多次测量可以避免测量随机误差。

Claims (4)

1.一种钢带光栅刻划缺陷检测的装置，其特征是，其包括：信号探测头(1)、标准玻璃光栅(2)、标准玻璃光栅驱动模块(4)、信号探测头驱动模块(5)、信号处理模块(9)和脉冲检测模块(10)；

所述信号探测头(1)包括：光源(8)、准直透镜(11)、同轴光镜头(7)和光电探测器(6)；

标准玻璃光栅驱动模块(4)带动标准玻璃光栅(2)在测量方向上滑动；信号探测头驱动模块(5)带动信号探测头(1)移动；

光源(8)发出的光经准直透镜(11)准直后变成平行光，平行光经同轴光镜头(7)照射到待测钢带光栅(3)上，平行光被待测钢带光栅(3)反射后经同轴光镜头(7)透射至标准玻璃光栅(2)上，平行光被待测钢带光栅(3)及标准玻璃光栅(2)调制后入射到光电探测器(6)上，光信号经过光电探测器(6)转为电信号，电信号被信号处理模块(9)进行放大和A/D转换，脉冲检测模块(10)将信号处理模块(9)传输的电信号转化为脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的一种钢带光栅刻划缺陷检测的装置，其特征在于，所述光电探测器(6)接收被标准玻璃光栅(2)及待测钢带光栅(3)所调制的光信号，并转化为电信号，所述光电探测器(6)选择硅光电池。

3.根据权利要求1所述的一种钢带光栅刻划缺陷检测的装置，其特征在于，同轴光镜头(7)选用双远心的镜头。

4.根据权利要求1所述的一种钢带光栅刻划缺陷检测的装置，其特征在于，光源(8)采用中心波长为660nm的可见光LED。