CN104776816A - 一种测量同轴度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量同轴度的装置及方法，该装置包括光源，及置于光源出射面上的分光棱镜一，在分光棱镜一下方依次设置有透镜一、透镜二、分光棱镜二，分光棱镜二下方设置有一被检测轴一，分光棱镜二左侧设置有一45°角放置的平面反射镜，平面反射镜下方设置有一被检测轴二；在分光棱镜一上方设置有CCD探测器，所述CCD探测器与处理器电连接，处理器电连接计算机。其方法包括：1）搭建光路；2）标定CCD探测器；3）调整光路；4）被检测轴一、轴二的反射光轨迹成像于CCD探测器上经处理器输出到计算机；5）计算机进行轨迹拟合，计算得到同轴度数值。其原理简单，可实施性强、稳定度好，具备自动化和智能化的优点，可实现对同轴度的在线测量。

Description

一种测量同轴度的装置及方法

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域的同轴度测量装置，特别是一种在联轴器装配过程中的测量同轴度的装置及方法。

背景技术

在大批量的工业生产中，生产过程的高度自动化和产品质量的日益提高，要求更有效，更精确和高速度的检测识别手段。光学检测技术能够保证工业现场环境下的可靠性，提高生产自动化程度，大大提高生产效率。因此，在现代自动化生产过程中，光学检测被广泛地用于产品的识别、质量控制、测量检验、自动化装备等领域。

目前在同轴度测量方面，几乎都在使用千分表目视读数测量的方法，该方法具有一定的局限性，比如其必须是接触测量，基于人眼的读数测量等等。基于机器视觉的非接触测量无疑具有不受测量环境限制，不因测量人员不同而引入测量误差的绝对优势。伴随着制造业大批量生产的发展趋势，快速测量，以及自动化智能化成为必然的发展方向，该测量方法正是迎合了自动化智能化的发展要求，对产品的生产过程质量监控起着非常重要的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量同轴度的装置及方法。基于一套同轴共焦光路成像，采用CCD光电耦合器件探测光点位置，最终进行数据采集及处理得到同轴度数据。其操作简单，测量精度高，可实施性强，稳定性好，具有自动化及智能化的优点，无需人工干预，适合在线测量。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种测量同轴度的装置，其特征在于，包括光源，及置于光源出射面上的分光棱镜一，在分光棱镜一下方依次设置有透镜一、透镜二、分光棱镜二，分光棱镜二下方设置有一被检测轴一，分光棱镜二左侧设置有一45°角放置的平面反射镜，平面反射镜下方设置有一被检测轴二；在分光棱镜一上方设置有CCD探测器，所述CCD探测器与处理器电连接，处理器电连接计算机。

所述光源为半导体激光器点光源。

所述透镜一与透镜二为凸透镜。

所述分光棱镜一与分光棱镜二为偏振分光棱镜。

一种测量同轴度的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

1）搭建光路，将光源设置于透镜一的焦点处，使光源发出的光束通过分光棱镜一与透镜一后形成平行光束；透镜一与透镜二设置时焦点位置重合；平行光束通过透镜二后汇聚，再通过分光棱镜二透射到达被检测轴一，被检测轴一设置于透镜二的焦平面处；平行光束通过透镜二后汇聚，再通过分光棱镜二反射到达被检测轴二；到达被检测轴一、被检测轴二的光束经反射沿原光路到达CCD探测器上，CCD探测器与处理器电连接，处理器与计算机电连接；

2）应用搭建好的光路，用标准量块对CCD探测器进行标定，计算CCD每像元对应的实物实际尺寸；

3）被检测轴一，被检测轴二置于搭建好的光路中，采用自准直法，使被检测轴一处于透镜二的焦面位置，通过被检测轴一、被检测轴二自身的电机或者手动使被检测轴一、被检测轴二匀速转动一周；

4）经被检测轴一反射的光束通过分光棱镜二、透镜二、透镜一、分光棱镜一成像于CCD探测器上o点处，经处理器输出到计算机中；

5）经被检测轴二反射的光束通过平面反射镜、分光棱镜二、透镜二、透镜一、分光棱镜一成像于CCD探测器上，经处理器输出到计算机中；

6）计算机将被检测轴一、被检测轴二旋转一周后处理器输出的值进行轨迹圆拟合，得到两个曲线圆，通过对两个曲线圆的轴向、径向不重合度计算，根据步骤2）中标定的像元尺寸，以及光学系统放大倍率，得到同轴度数值。

 所述步骤5）进一步为：

1）若被检测轴二与被检测轴一的同轴误差为a1,则成像到CCD探测器上，轴二的反射光点位于o点右侧a 处；

2）若被检测轴二与被检测轴一的同轴误差为b1,则成像到CCD探测器上，轴二的反射光点位于o点左侧b 处；

3）由探测到的a、b值能推算出a1,b1。

本发明提供的一种同轴度测量方法，采用同轴共焦光学系统，透镜一与透镜二在搭建光路时焦点重合。光源发出的光线通过分光棱镜一反射到透镜一上，透射经过透镜一透镜二后，一部分光线经过分光棱镜二反射到轴二上，另一部分光线透过分光棱镜二到轴一上。测量时，首先采用自准直法，使轴一处于透镜二的焦面位置（给轴一上贴平面反射镜，观察光源发出的光点，反射光点与入射光点重合即在焦点处）；其次转动轴一、轴二，采集光路经轴一、轴二反射回来到CCD上的轨迹信息，最终拟合轨迹成圆分析两个轨迹圆的不重合度，来得到同轴度偏差值。该方法简单实用，测量精度高，且不受物体表面形状、材质、光洁度、色泽等因素的影响。同时，还具有自动化及智能化的优点，无需人工干预，适合在线测量。

附图说明

图1是本发明装置的光路结构示意图；

图2是本发明方法的光路示意图。

图中：1、光源；2、分光棱镜一；3、透镜一；4、透镜二；5、分光棱镜二；6、被检测轴一；7、平面反射镜；8、被检测轴二；9、CCD探测器；10、处理器；11、计算机。

具体实施方法

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种测量同轴度的装置，包括光源1，及置于光源1出射面上的分光棱镜一2，在分光棱镜一2下方依次设置有透镜一3、分光棱镜二5，分光棱镜二5下方设置有一被检测轴一6，分光棱镜二5左侧设置有一45°角放置的平面反射镜7，平面反射镜7下方设置有一被检测轴二8；在分光棱镜一2上方设置有CCD探测器9，所述CCD探测器9与处理器10电连接，处理器10电连接计算机11。本发明采用CCD探测器具有高量子探测效率，高空间分辨率、高密度分辨率、高动态范围、能获取最佳图像，图像质量长期可靠一致，使用成本大幅降低。

实施例2

 在实施例1的基础上，

 本发明所述光源1为半导体激光器点光源，该半导体激光器点光源具有清晰、一致性好,使用寿命长等特点；所述透镜一3与透镜二4为凸透镜；所述分光棱镜一2与分光棱镜二5为偏振分光棱镜，具有高消光比。

如图2所示，一种测量同轴度的方法，包括下述步骤：

1）搭建光路，将光源设置于透镜一的焦点处，使光源发出的光束通过分光棱镜一与透镜一后形成平行光束；透镜一与透镜二设置时焦点位置重合；平行光束通过透镜二后汇聚，再通过分光棱镜二透射到达轴一，轴一设置于透镜二的焦平面处；平行光束通过透镜二后汇聚，再通过分光棱镜二反射到达轴二；到达被检测轴一、被检测轴二的光束经反射沿原光路到达CCD探测器上，CCD探测器与处理器电连接，处理器与计算机电连接；

2）应用搭建好的光路，用标准量块对CCD探测器进行标定，计算CCD每像元对应的实物实际尺寸；

3）被检测的被检测轴一，被检测轴二置于搭建好的光路中，采用自准直法，使被检测轴一处于透镜二的焦面位置（给被检测轴一上贴平面反射镜，观察光源发出的光点，反射光点与入射光点重合即在透镜一焦点处，然后拿掉平面反射镜）通过被检测轴一、被检测轴二自身的电机或者手动使被检测轴一、被检测轴二匀速转动一周；

4）经被检测轴一反射的光束通过分光棱镜二、透镜二、透镜一、分光棱镜一成像于CCD探测器上o点处，经处理器输出到计算机中；

5）经被检测轴二反射的光束通过平面反射镜、分光棱镜二、透镜二、透镜一、分光棱镜一成像于CCD探测器上，经处理器输出到计算机中；

6）计算机将被检测轴一、被检测轴二旋转一周后，处理器输出值进行轨迹圆拟合，得到两个曲线圆（被检测轴一的轨迹理想条件下为一点圆），通过对两个曲线圆的轴向、径向不重合度计算，根据步骤2）中标定的像元尺寸，以及光学系统放大倍率，可得到同轴度数值。

所述步骤5）进一步为：

1）若被检测轴二与被检测轴一的同轴误差为a1,则成像到CCD探测器上，被检测轴二的反射光点位于o点右侧a 处； 其中o点为CCD探测器靶面中心；

2）若被检测轴二与被检测轴一的同轴误差为b1,则成像到CCD探测器上，被检测轴二的反射光点位于o点左侧b 处；

3）由探测到的a、b值可以推算出a1,b1。图中o1点为透镜二焦点。本发明在该实施例中所采用的处理器为面阵CCD的信号处理器AD9824。

本发明的光路原理是：

同轴共焦光学系统中，物方焦点发出的光束通过光学系统会聚到像方焦点处，像方焦点处的成像光点经过反射，根据光路可逆原理，反射光束通过光学系统会聚到物方焦点处。当反射光束的反射点或面有一定离焦量时，光路可逆后，光束会聚到物方焦面处非焦点位置的某一点。通过探测器探测反射光束会聚后光点与焦点位置的偏差，可以计算出入射光束的离焦量，即轴系的同轴度。

 本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (6)

1.一种测量同轴度的装置，其特征在于，包括光源（1），及置于光源（1）出射面上的分光棱镜一（2），在分光棱镜一（2）下方依次设置有透镜一（3）、透镜二（4）、分光棱镜二(5)，分光棱镜二(5)下方设置有一被检测轴一(6)，分光棱镜二（5）左侧设置有一45°角放置的平面反射镜(7)，平面反射镜(7)下方设置有一被检测轴二(8)；在分光棱镜一(2)上方设置有CCD探测器(9)，所述CCD探测器与处理器(10) 电连接，处理器电连接计算机（11）。

2.根据权利要求1所述的一种测量同轴度的装置，其特征在于，所述光源（1）为半导体激光器点光源。

3.根据权利要求1所述的一种测量同轴度的装置，其特征在于，所述透镜一（3）与透镜二（4）为凸透镜。

4.根据权利要求1所述的一种测量同轴度的装置，其特征在于，所述分光棱镜一（2）与分光棱镜二（5）为偏振分光棱镜。

5.一种测量同轴度的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

1）搭建光路，将光源设置于透镜一的焦点处，使光源发出的光束通过分光棱镜一与透镜一后形成平行光束；透镜一与透镜二设置时焦点位置重合；平行光束通过透镜二后汇聚，再通过分光棱镜二透射到达被检测轴一，被检测轴一设置于透镜二的焦平面处；平行光束通过透镜二后汇聚，再通过分光棱镜二反射到达被检测轴二；到达被检测轴一、被检测轴二的光束经反射沿原光路到达CCD探测器上，CCD探测器与处理器电连接，处理器与计算机电连接；

2）应用搭建好的光路，用标准量块对CCD探测器进行标定，计算CCD每像元对应的实物实际尺寸；

3）被检测轴一，被检测轴二置于搭建好的光路中，采用自准直法，使被检测轴一处于透镜二的焦面位置，通过被检测轴一、被检测轴二自身的电机或者手动使被检测轴一、被检测轴二匀速转动一周；

4）经被检测轴一反射的光束通过分光棱镜二、透镜二、透镜一、分光棱镜一成像于CCD探测器上o点处，经处理器输出到计算机中；

5）经被检测轴二反射的光束通过平面反射镜、分光棱镜二、透镜二、透镜一、分光棱镜一成像于CCD探测器上，经处理器输出到计算机中；

6）计算机将被检测轴一、被检测轴二旋转一周后，处理器输出值进行轨迹圆拟合，得到两个曲线圆，通过对两个曲线圆的轴向、径向不重合度计算，根据步骤2）中标定的像元尺寸，以及光学系统放大倍率，得到同轴度数值。

6.根据权利要求5所述的一种测量同轴度的方法，其特征在于，所述步骤5）进一步为：

1）若被检测轴二与被检测轴一的同轴误差为a1,则成像到CCD探测器上，轴二的反射光点位于o点右侧a 处；

2）若被检测轴二与被检测轴一的同轴误差为b1,则成像到CCD探测器上，轴二的反射光点位于o点左侧b 处；

3）由探测到的a、b值能推算出a1,b1。