CN107388993A - 一种测试物体两个面垂直度的方法及系统 - Google Patents
一种测试物体两个面垂直度的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种测试物体两个面垂直度的方法及系统。该方法包括:将一定直径尺寸的平行光束入射至半透半反镜后被分为两部分,一部分光束被物体的第一待测面反射至光探测器的第一位置,另一部分光束被物体的第二待测面反射至光探测器的第二位置;调整物体的放置角度,在第一位置与光探测器的中心重合时,固定物体,并记录下第二位置;根据第二位置和第一待测面与光探测器之间的垂直距离获知第一待测面与第二待测面的垂直偏离度数。本发明的方案只需要根据反射至光探测器上的光束位置及待测面与光探测器之间的垂直距离,即可直接获得物体两个面的垂直偏离度数和垂直偏离方向,省略了复杂的结果处理过程,测试方法高效、简单便捷。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量测试领域,特别涉及一种测试物体两个平面垂直度的方法及系统。
背景技术
现有技术通常采用垂直角规、精密量表、三次元量床等工具测量两个面的垂直度,操作复杂,不易于微小物体平面的垂直度检测。现有的光学测量系统可以对微小待测物进行测量,利用数字图像处理技术处理光的干涉条纹,得到两个面的偏移角度和偏移方向,处理结果较为复杂,不利于快速获得处理结果。因此,需要提供一种测量方法及装置,解决测量困难和结果处理困难等问题。
发明内容
为了解决现有技术中测试物体两个平面垂直度存在的测量困难和结果处理困难的问题,本发明提供一种测试物体两个平面垂直度的测试方法及系统。
根据本发明的一个方面,提供一种测试物体两个面垂直度的方法,所述方法包括:在物体的周围设置半透半反镜和光探测器,所述半透半反镜的中心轴线和所述光探测器的中心轴线呈45度锐角;将一定直径尺寸的平行光束入射所述半透半反镜,所述平行光束入射至半透半反镜后被分为两部分,一部分被反射至所述物体的第一待测面,所述第一待测面再将该部分光束反射至所述光探测器的第一位置;另一部分被透射至所述物体的第二待测面,所述第二待测面再将该部分光束反射至所述光探测器的第二位置;调整所述物体的放置角度,在所述第一位置与所述光探测器的中心重合时,固定所述物体,并记录下所述第二位置;根据所述第二位置和所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
优选地,根据所述第二位置和所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数,根据公式A=[arttan(Y/X)]/2获得所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数A,其中X为所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离,Y为所述第二位置与所述光探测器的中心的距离。
优选地,所述方法还包括:在固定所述物体之前,调整所述物体的放置位置,使得所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值,然后再固定所述物体;在所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值时,所述根据所述第二位置和所述第一待测面与所述光探测器的距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数具体为:根据所述第二位置与所述光探测器的中心的距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
优选地,所述光探测器上以中心为圆心划分有若干不同半径的同心圆环,在所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值时,每个圆环区域对应不同的垂直偏离度数;所述根据所述第二位置距离所述光探测器的中心的距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数具体为:根据所述第二位置所处的圆环区域获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
优选地,所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数包括零值、正值和负值,垂直偏离度数为零值时,所述第一待测面与所述第二待测面垂直;垂直偏离度数为正值时,所述第一待测面与所述第二待测面不垂直,且所述第二待测面向外侧偏离;垂直偏离度数为负值时,所述第一待测面与所述第二待测面不垂直,且所述第二待测面向内侧偏离。
根据本发明的另一个方面,提供一种测试物体两个面垂直度的系统,所述系统包括:激光发射器、扩束准直镜、可选光阑,半透半反镜、光探测器,所述激光发射器、扩束准直镜、可选光阑和所述半透半反镜沿同一光路依次设置,所述半透半反镜的中心轴线和所述光探测器的中心轴线呈45度锐角设置在物体周围;优选地,所述系统还包括控制单元;
所述控制单元控制所述激光发射器发出光束,所述光束经所述扩束准直镜得到平行光束,再经过所述可选光阑得到一定直径尺寸的平行光束入射到所述半透半反镜,所述光探测器探测所述平行光束的一部分被所述物体的第一待测面反射的第一位置,另一部分被所述物体的第二待测面反射的第二位置;
所述控制单元通过调整所述物体的放置角度,使得所述第一位置与所述光探测器的中心重合,固定所述物体,并记录下所述第二位置,根据所述第二位置和所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
优选地,所述控制单元具体根据公式A=[arttan(Y/X)]/2获得所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数A,其中X为所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离,Y为所述第二位置距离所述光探测器的中心的距离。
优选地,所述控制单元还用于在固定所述物体之前,调整所述物体的放置位置,使得所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值,然后再固定所述物体;
在所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值时,所述控制单元根据所述第二位置与所述光探测器的中心的距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
优选地,所述光探测器上以中心为圆心划分有若干不同半径的同心圆环,针对所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值的情况,每个圆环区域上标识有对应的垂直偏离度数;
所述控制单元具体根据所述第二位置所处的圆环区域获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
优选地,所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数包括零值、正值和负值,垂直偏离度数为零值时,所述第一待测面与所述第二待测面垂直;垂直偏离度数为正值时,所述第一待测面与所述第二待测面不垂直,且所述第二待测面向外侧偏离;垂直偏离度数为负值时,所述第一待测面与所述第二待测面不垂直,且所述第二待测面向内侧偏离。
本发明的有益效果:本发明提供的测试物体两个面垂直度的方法和系统,根据第一待测面与探测器之间的垂直距离,以及第二待测面反射光束的位置距离信息,获知第一待测面与第二待测面的垂直偏离度数,省略了复杂的结果处理过程,测试方法简单便捷。优选方案中,光探测器上以中心为圆心划分有若干不同半径的同心圆环,在第一待测面与光探测器之间的垂直距离等于预定距离值时,每个圆环区域对应不同的垂直偏离度数,根据第二位置所处的圆环区域可直接获得物体两个面的垂直偏离度数,可大幅度提升测量效率,在物体两个面的垂直偏离度数在3°以内时,系统精度可达到0.04°。本发明的测试系统精度高,适用于大多数的测试场合。
附图说明
图1是本发明的测试方法的流程图;
图2A是本发明的一实施例的测试系统的结构示意图,所示的物体第一待测面与第二待测面之间的夹角为90度;
图2B是本发明的一实施例的测试系统的结构示意图,所示的物体两个面之间的夹角为90度加上偏离角度且第二待测面向外偏离;
图2C是本发明的一实施例的测试系统的结构示意图,所示的物体两个面之间的夹角为90度加上偏离角度且第二待测面向内偏离;
图3是本发明的同心圆环结构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
图1为本发明的测试方法的流程图。该测试方法包括:
步骤S100,在物体的周围设置半透半反镜和光探测器,半透半反镜的中心轴线和光探测器的中心轴线呈45度锐角。
步骤S101,将一定直径尺寸的平行光束入射半透半反镜,平行光束入射至半透半反镜后被分为两部分,一部分被反射至物体的第一待测面,第一待测面再将该部分光束反射至光探测器的第一位置;另一部分被透射至物体的第二待测面,第二待测面再将该部分光束反射至光探测器的第二位置。
步骤S102,调整所述物体的放置角度,使第一位置的光束与光探测器的中心重合,固定物体,并记录第二位置的光束距光探测器中心的距离Y和第一待测面至光探测器的垂直距离X。
调整物体的放置角度时,第一待测面与第二待测面反射的光束位置随之变化。当第一位置的光束与光探测器的中心重合时,第一待测面与光探测器平行。此时,第二待测面根据不同的垂直偏离角度,反射在光探测器的光束位置也随之不同。
步骤S103,根据距离X和Y,计算物体的第一待测面和第二待测面的垂直偏离度数。
可见,本发明提供的一种测试物体两个面垂直度的测试方法,只需获得第一待测面至光探测器的垂直距离X以及第二待测面反射光束的第二位置至光探测器的中心的垂直距离Y,即可计算得出物体的第一待测面和第二待测面的垂直偏离度数A。
在本发明的一个实施例中,图1所示的方法还包括:根据第一待测面与光探测器之间的垂直距离X和第二待测面反射光束的第二位置与光探测器中心的垂直距离Y获知第一待测面与第二待测面的垂直偏离度数A,具体获知方法为:根据公式A=[arttan(Y/X)]/2计算获知。
在本发明的一个实施例中,图1所示的方法还包括:调整物体的放置位置,使得第一待测面与光探测器之间的垂直距离等于预定值,即使X等于预定值。当X等于预定值时,可根据第二位置与光探测器的中心的距离获知第一待测面和第二待测面的垂直偏离度数。
在本发明的一个实施例中,图1所示的方法还包括:在光探测器上以中心为圆心划分有若干不同半径的同心圆环,每个圆环区域对应不同的垂直偏离度数。在第一待测面与光探测器之间的垂直距离X等于预定距离值时,根据第二位置所处的圆环区域获知第一待测面与第二待测面的垂直偏离度数。
其中,第一待测面与第二待测面的垂直偏离度数包括零值、正值和负值。第二位置处于光探测器的中心时,垂直偏离度数为零值,第一待测面与第二待测面垂直;第二位置处于光探测器中心的上方时,垂直偏离度数为正值时,第一待测面与第二待测面不垂直,且第二待测面向第一待测面外侧偏离;第二位置处于光探测器中心的下方时,垂直偏离度数为负值时,第一待测面与第二待测面不垂直,且所述第二待测面向第一待测面内侧偏离。
参见图2A、图2B及图2C,为本发明提供的一种测试物体两个面垂直度的系统结构示意图。图2A物体第一待测面4与第二待测面5之间的夹角等于90度,图2B物体第一待测面4与第二待测面5之间的夹角大于90度,图2C物体第一待测面4与第二待测面5之间的夹角小于90度。
如图2A、图2B及图2C所示,该测试系统包括:
一激光发射器1,用于发出激光光束。
一扩束准直镜2,用于接收激光发射器1发出的激光光束,并将该激光光束转变成平行度较好的平行光束。
可选光阑3,用于接收扩束准直镜2转换的平行光束,并将该平行光束转变成具有一定直径的平行光束。
半透半反镜6,用于反射可选光阑3发出的具有一定直径的平行光束至第一待测面4和第二待测面5,并将第一待测面4和第二待测面5反射的光束再次反射至光探测器7上。
光探测器7,用于接收半透半反镜6反射的第一待测面和第二待测面的反射光束,并显示反射光束的位置及距离信息。
一控制单元(图中未示出),例如该控制单元可以是带有处理器的机械手,用于调整物体的放置角度,使第一待测面4反射光束的第一位置处于光探测器7的中心;还用于调整物体的放置位置,使第一待测面4与光探测器7之间的垂直距离等于预定距离值。
激光发射器1、扩束准直镜2、可选光阑3和半透半反镜6沿统一光路依次设置,光探测器7的中心轴线与半透半反镜6的中心轴线呈45度锐角设置。在测试时,光探测器7与半透半反镜6设置在物体第一待测面4和第二待测面5的周围。
优选方案中,在光探测器7上,还包括一同心圆环结构9,如图3所示。该同心圆环结构9以光探测器的中心8为圆心,划分有若干不同半径的同心圆环,在第一待测面4与光探测器7之间的垂直距离等于预定距离值时,不同半径的圆环区域标识对应的垂直偏离度数。
本发明一个实施例提供的测试系统的测试过程包括:
如图2A、图2B及图2C所示,在物体的第一待测面4和第二待测面5的周围设置半透半反镜6和光探测器7,半透半反镜6的中心轴线和光探测器7的中心轴线呈45度锐角。
控制单元控制激光发射器1发射光束,该光束入射至扩束准直镜2,得到平行度较好的光束,该平行光束入射至光阑3,得到一定直径尺寸的平行光束,一定直径尺寸的平行光束沿方向201入射至半透半反镜6。半透半反镜6将一部分光束沿方向210反射至第一待测面4,然后第一待测面4反射该部分光束沿方向211和方向212至光探测器7,光探测器7记录该部分光束的位置为第一位置。半透半反镜6将另一部分光束沿方向220透射至第二待测面5,然后第二待测面反射该部分光束沿方向221至半透半反镜6,半透半反镜6再将这一部分光束沿方向222反射至光探测器7,光探测器7记录该部分光束的位置为第二位置。
控制单元控制调整物体的放置角度,使第一待测面4反射光束的第一位置位于光探测器7的中心8,即第一位置与中心8重合,此时第一待测面4与光探测器7处于平行状态。控制单元还可以控制调整物体的放置位置,使第一待测面4与光探测器7间的垂直距离X等于预定距离值。根据光探测器7上的同心圆环结构9可记录第二位置与中心8的距离Y。同心圆环结构9上标有正值和负值,第二位置在光探测器中心8处,Y取零值;第二位置在中心8的上方,Y取正值;第二位置在中心8的下方,Y取负值。
控制单元根据距离X和Y的信息,计算物体第一待测面4和第二待测面5的垂直偏移角度A及垂直偏移方向,具体地计算公式为:A=[arttan(Y/X)]/2。Y取零值时,如图2A所示,第一待测面4与第二待测面5垂直;Y取正值时,如图2B所示,第一待测面4和第二待测面5不垂直,且第二待测面5向远离第一待测面4的方向偏移;Y取负值时,如图2C所示,第一待测面4和第二待测面5不垂直,且第二待测面5向靠近第一待测面4的方向偏移。当第一待测面4与光探测器7间的垂直距离X等于预定距离值时,从垂直偏移角度A的计算公式A=[arttan(Y/X)]/2可知,根据Y的大小,可获取第一待测面4与第二待测面5的垂直偏离度数及垂直偏离方向。光探测器7上的同心圆环结构的每个圆环区域上标识有对应的垂直偏离度数,根据Y在同心圆环结构上的位置直接读取第一待测面4与第二待测面5的垂直偏离度数及垂直偏离方向。
综上所述,本发明的一种测试物体两个面垂直度的方法和系统,通过获取第二待测面反射光束的位置和第一待测面与光探测器之间的垂直距离信息,即可得出物体两个面的垂直偏离度数,不需要进行复杂的结果处理,操作简单,可大幅度提升测试效率,且获得的结果精度高;对操作人员的技术要求不高,符合大多数场合的使用。由于采用的是非接触式光学测试手段,可对微小的待测物进行测试,同样可获得高精度的结果。
以上所述仅为本发明的具体实施方式,在本发明的上述教导下,本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白,上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种测试物体两个面垂直度的方法,其特征在于,所述方法包括:
在物体的周围设置半透半反镜和光探测器,所述半透半反镜的中心轴线和所述光探测器的中心轴线呈45度锐角;
将一定直径尺寸的平行光束入射至所述半透半反镜,所述平行光束入射至半透半反镜后被分为两部分,一部分被反射至所述物体的第一待测面,所述第一待测面再将该部分光束反射至所述光探测器的第一位置;另一部分被透射至所述物体的第二待测面,所述第二待测面再将该部分光束反射至所述光探测器的第二位置;
调整所述物体的放置角度,在所述第一位置与所述光探测器的中心重合时,固定所述物体,并记录下所述第二位置;
根据所述第二位置和所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述第二位置和所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数包括:
根据公式A=[arttan(Y/X)]/2获得所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数A,其中X为所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离,Y为所述第二位置与所述光探测器的中心之间的距离。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:在固定所述物体之前,调整所述物体的放置位置,使得所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值,然后再固定所述物体;
在所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值时,所述根据所述第二位置和所述第一待测面与所述光探测器的距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数具体为:根据所述第二位置与所述光探测器的中心的距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述光探测器上以中心为圆心划分有若干不同半径的同心圆环,在所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值时,每个圆环区域对应不同的垂直偏离度数;
所述根据所述第二位置距离所述光探测器的中心的距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数具体为:根据所述第二位置所处的圆环区域获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数包括零值、正值和负值,垂直偏离度数为零值时,所述第一待测面与所述第二待测面垂直;垂直偏离度数为正值时,所述第一待测面与所述第二待测面不垂直,且所述第二待测面向外侧偏离;垂直偏离度数为负值时,所述第一待测面与所述第二待测面不垂直,且所述第二待测面向内侧偏离。
6.一种测试物体两个面垂直度的系统,所述系统包括:激光发射器、扩束准直镜、可选光阑,半透半反镜、光探测器,所述激光发射器、扩束准直镜、可选光阑和所述半透半反镜沿同一光路依次设置,所述半透半反镜的中心轴线和所述光探测器的中心轴线呈45度锐角设置在物体周围;其特征在于,所述系统还包括控制单元;
所述控制单元控制所述激光发射器发出光束,所述光束经所述扩束准直镜得到平行光束,再经过所述可选光阑得到一定直径尺寸的平行光束入射到所述半透半反镜,所述光探测器探测所述平行光束的一部分被所述物体的第一待测面反射的第一位置,另一部分被所述物体的第二待测面反射的第二位置;
所述控制单元通过调整所述物体的放置角度,使得所述第一位置与所述光探测器的中心重合,固定所述物体,并记录下所述第二位置,根据所述第二位置和所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述控制单元具体根据公式A=[arttan(Y/X)]/2获得所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数A,其中X为所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离,Y为所述第二位置距离所述光探测器的中心的距离。
8.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述控制单元还用于在固定所述物体之前,调整所述物体的放置位置,使得所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值,然后再固定所述物体;
在所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值时,所述控制单元根据所述第二位置与所述光探测器的中心的距离获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
9.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述光探测器上以中心为圆心划分有若干不同半径的同心圆环,针对所述第一待测面与所述光探测器之间的垂直距离等于预定距离值的情况,每个圆环区域上标识有对应的垂直偏离度数;
所述控制单元具体根据所述第二位置所处的圆环区域获知所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数。
10.根据权利要求6-10任一项所述的系统,其特征在于,所述第一待测面与所述第二待测面的垂直偏离度数包括零值、正值和负值,垂直偏离度数为零值时,所述第一待测面与所述第二待测面垂直;垂直偏离度数为正值时,所述第一待测面与所述第二待测面不垂直,且所述第二待测面向外侧偏离;垂直偏离度数为负值时,所述第一待测面与所述第二待测面不垂直,且所述第二待测面向内侧偏离。
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