CN106197295A - 一种激光测厚仪 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测厚仪领域，并公开了一种激光测厚仪，包括C形架以及共同安装在所述C形架上的激光器、感光元件、分束镜、第二上反射镜、第二下反射镜、第一上反射镜、第一下反射镜、上透镜和下透镜，所述第一上反射镜和第一下反射镜关于水平对称面对称设置，所述第二上反射镜和第二下反射镜关于所述水平对称面对称设置，所述上透镜和下透镜关于所述水平对称面对称设置并且两者均为凸透镜，所述分束镜平行于所述水平对称面设置。本发明有效解决了上下两激光不同步的问题，使得测量更稳定、精确，且节省了制造成本。
Description
技术领域
本发明属于测厚仪领域，更具体地，涉及一种激光测厚仪。
背景技术
在锂电池极片涂布、金属箔材生产线等工业生产中，带材厚度的稳定与否决定着最终产品的质量，因此需要大量用到在线测厚装置。对于锂电池涂布极片、金属箔材这类非透明薄膜的厚度测量目前使用最多的是射线测厚和激光测厚。射线测厚虽然精度很高，但由于存在射线辐射，有安全问题，且设备昂贵，故障率高，对环境敏感，因此不是理想的选择。激光高频高分辨的特性使其在在线薄膜厚度测量领域具有巨大优势，因此得到了广泛的应用。目前最主流的在线测厚方式是上下差动式激光三角测量法，即用上下激光头分别测量上下激光头到薄膜上下表面的距离，用上下激光头之间的距离减去该距离即得到所测薄膜的厚度，这其中上下两激光头之间的距离的稳定性对测量结果的准确性有重要影响。
现有技术中存在很多激光测厚的方法及其装置，如文献号CN1031758A描述的激光测厚仪详细介绍了上下差动式激光三角测量法，文献号CN103063151B介绍的激光测厚C形架机构、文献号CN102175165A介绍的激光测厚装置、文献号CN102519372A设计的锂电池电极的激光测厚装置等都是基于现在广泛使用的C形架扫描式测厚设计的测厚形式，采用上下两个激光位移传感器分别测量激光位移传感器到被测物上下表面的距离，然后计算得到被测物的厚度值。在测量过程中，由于机械振动、环境温度等的影响，C形架会出现轻微的变形，使得上下激光头之间的距离不稳定，对于微米级的厚度测量会造成较大偏差。文献号CN103363911A描述的一种用激光作为光源的激光测厚仪创新性的采用了单个面阵CCD成像，可避免上下激光头距离不稳定带来的误差，但若两激光器发射激光不完全同步的话会造成CCD上成像不同时，使得厚度计算比较困难。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光测厚仪，该测厚仪仅使用一个激光器，激光器发出的光束经过分束镜分成两束激光，两束激光经过上下对称设置的两个反射镜反射后分别垂直地打在被测物的上表面和下表面，并形成上下两个光斑，这两个光斑的光线通过透镜的聚焦和反射镜的反射成像在感光元件上，经光电转换后再发送至计算机中进行处理，从而获得被测物的厚度。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种激光测厚仪，其特征在于，包括C形架以及共同安装在所述C形架上的激光器、感光元件、分束镜、第二上反射镜、第二下反射镜、第一上反射镜、第一下反射镜、上透镜和下透镜，其中，
所述第一上反射镜和第一下反射镜关于水平对称面对称设置，所述第二上反射镜和第二下反射镜关于所述水平对称面对称设置，所述上透镜和下透镜关于所述水平对称面对称设置并且两者均为凸透镜，所述分束镜平行于所述水平对称面设置；
所述激光器用于发射单束激光至所述分束镜上；
所述分束镜用于使激光器发射的单束激光发生反射形成第一反射光线以及透射形成透射光线，并且所述第一反射光线与透射光线相对于所述水平对称面对称；
所述第一下反射镜用于对第一反射光线进行反射，并使反射形成的第二反射光线竖直照射到被测物的下表面形成第一下光斑；所述第一下光斑漫反射后的光线经过所述下透镜聚集后照射在所述第二下反射镜上，并且又经所述第二下反射镜反射后照射在所述感光元件上形成第二下光斑；
所述第一上反射镜用于对所述透射光线进行反射，并使反射形成的第三反射光线竖直照射到被测物的上表面形成第一上光斑；所述第三反射光线与所述第二反射光线在同一条直线上；所述第一上光斑漫反射后的光线经过所述上透镜聚集后照射在所述第二上反射镜上，并又经过所述第二上反射镜反射后照射在所述感光元件上形成第二上光斑；
所述感光元件上的第二上光斑和第二下光斑的位置信息通过光电转换器传送给计算机处理，从而通过预先标定的位置信息获得被测物的厚度。
优选地，所述C形架关于所述水平对称面对称。
优选地，所述第一反射光线和透射光线的光线强度相等。
优选地，所述感光元件为面阵CCD。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明仅使用一个激光器作为光源，激光器发出的光束经过分束镜分成两束激光，两束激光经过上下对称设置的两个反射镜反射后分别垂直地打在被测物的上表面和下表面，并形成上下两个光斑，这两个光斑的光线通过透镜的聚焦和反射镜的反射成像在感光元件上，经光电转换后再发送至计算机中进行处理，从而获得被测物的厚度，有效解决了上下两激光不同步的问题，使得测量更稳定、精确，且节省了制造成本。
附图说明
图1是本发明的对被测物测厚时的光路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，一种采用单个激光器1作为光源的激光测厚仪，包括C形架8以及共同安装在所述C形架8上的激光器1、感光元件2、分束镜3、第二上反射镜4、第二下反射镜5、第一上反射镜9、第一下反射镜10、上透镜6和下透镜7，其中，
所述第一上反射镜9和第一下反射镜10关于水平对称面对称设置，所述第二上反射镜4和第二下反射镜5关于所述水平对称面对称设置，所述上透镜6和下透镜7关于所述水平对称面对称设置并且两者均为凸透镜，所述分束镜3平行于所述水平对称面设置；
所述激光器1用于发射单束激光至所述分束镜3上；
所述分束镜3用于使激光器1发射的单束激光发生反射形成第一反射光线以及透射形成透射光线，并且所述第一反射光线与透射光线相对于所述水平对称面对称；
所述第一下反射镜10用于对第一反射光线进行反射，并使反射形成的第二反射光线竖直照射到被测物11的下表面形成第一下光斑；所述第一下光斑漫反射后的光线经过所述下透镜7聚集后照射在所述第二下反射镜5上，并且又经所述第二下反射镜5反射后照射在所述感光元件2上形成第二下光斑；
所述第一上反射镜9用于对所述透射光线进行反射，并使反射形成的第三反射光线竖直照射到被测物11的上表面形成第一上光斑；所述第三反射光线与所述第二反射光线在同一条直线上；所述第一上光斑漫反射后的光线经过所述上透镜6聚集后照射在所述第二上反射镜4上，并又经过所述第二下反射镜5反射后照射在所述感光元件2上形成第二上光斑；其中，所述第二上光斑位于所述第二下光斑的上方；
所述感光元件2上的第二上光斑和第二下光斑的位置信息通过光电转换器传送给计算机处理，从而通过预先标定的位置信息获得被测物11的厚度。
进一步，所述C形架8关于所述水平对称面对称，所述第一反射光线和透射光线的光线强度相等，所述被测物11可以是薄膜或板材，所述感光元件2为面阵CCD。
本发明的测厚过程如下：
在对被测物进行实际测量之前，还需先进行标定：采用不同厚度的标准片作为被测物11放置在待测区域，通过计算机接收感光元件2上的光斑的图像，计算机将不同厚度的标准片得到的不同的感光元件2的图像进行处理，主要处理两个光斑之间的距离，对不同厚度的标准片产生的感光图像进行标定，得到感光图像上的光斑距离与被测物厚度之间的关系。
另外，还需要对激光测厚仪进行安装调整：调整激光器1与分束镜的角度以及第一上反射镜9和第一下反射镜10的倾斜角度，以使激光器1发射的激光束通过分束镜3分成两束激光之后再经过第一上反射镜9和第一下反射镜10的反射后能垂直的射向被测物的上下表面，且打在被测物11上下表面的光斑在同一垂直位置；然后安装上透镜6和第二上反射镜4，使得光斑在被测物上表面漫反射后通过透镜后能到达反射镜4上，调整第二上反射镜4的角度，使得出射光打在感光元件2的偏上的位置；下透镜7和第二下反射镜5采用同样的方式安装调整，安装下透镜7和第二下反射镜5，使得光斑在被测物下表面漫反射后通过透镜后能到达反射镜5上，调整第二下反射镜5的角度，使得出射光打在感光元件2的偏下的位置；
测量时，激光器1发出的激光束经过分束镜3分成两束激光，两束激光经过上下对称设置的第一上反射镜9和第一下反射镜10后分别垂直地打在被测物11的上表面和下表面，并形成上下两个光斑，这两个光斑的漫反射后的光线分别通过上透镜6和下透镜7的聚焦后，经由第二上反射镜4和第二下反射镜5反射后在感光元件2上成像，经光电转换后再发送至计算机中进行处理，根据厚度标定时获得的感光图像上的光斑距离与被测物厚度之间的关系直接得到被测物的厚度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种激光测厚仪，其特征在于，包括C形架以及共同安装在所述C形架上的激光器、感光元件、分束镜、第二上反射镜、第二下反射镜、第一上反射镜、第一下反射镜、上透镜和下透镜，其中，
所述第一上反射镜和第一下反射镜关于水平对称面对称设置，所述第二上反射镜和第二下反射镜关于所述水平对称面对称设置，所述上透镜和下透镜关于所述水平对称面对称设置并且两者均为凸透镜，所述分束镜平行于所述水平对称面设置；
所述激光器用于发射单束激光至所述分束镜上；
所述分束镜用于使激光器发射的单束激光发生反射形成第一反射光线以及透射形成透射光线，并且所述第一反射光线与透射光线相对于所述水平对称面对称；
所述第一下反射镜用于对第一反射光线进行反射，并使反射形成的第二反射光线竖直照射到被测物的下表面形成第一下光斑；所述第一下光斑漫反射后的光线经过所述下透镜聚集后照射在所述第二下反射镜上，并且又经所述第二下反射镜反射后照射在所述感光元件上形成第二下光斑；
所述第一上反射镜用于对所述透射光线进行反射，并使反射形成的第三反射光线竖直照射到被测物的上表面形成第一上光斑；所述第三反射光线与所述第二反射光线在同一条直线上；所述第一上光斑漫反射后的光线经过所述上透镜聚集后照射在所述第二上反射镜上，并又经过所述第二上反射镜反射后照射在所述感光元件上形成第二上光斑；
所述感光元件上的第二上光斑和第二下光斑的位置信息通过光电转换器传送给计算机处理，从而通过预先标定的位置信息获得被测物的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种激光测厚仪，其特征在于，所述C形架关于所述水平对称面对称。
3.根据权利要求1所述的一种激光测厚仪，其特征在于，所述第一反射光线和透射光线的光线强度相等。
4.根据权利要求1所述的一种激光测厚仪，其特征在于，所述感光元件为面阵CCD。
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