CN108362210A - 具有直线结构的单透镜激光位移测头 - Google Patents

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吴倩倩
李玉瑶
张婉怡
刘喆
李妍
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Abstract

具有直线结构的单透镜激光位移测头属于光学测量仪器技术领域。现有技术中的激光三角测头整体光路呈大三角布局，结构松散，体积大，在实际测量中易受测量环境制约，便携性也差。本发明之具有直线结构的单透镜激光位移测头其特征在于，光电探测器、分束镜、透镜依次同轴排列，光电探测器的感光面位于透镜像面处；激光器出光方向与光电探测器、分束镜、透镜的共同光轴垂直，并与分束镜工作镜面呈45°角；处理器分别与光电探测器、激光器电连接；分束镜工作镜面镀有测量光波长半透半反膜；透镜为单正透镜，朝向分束镜的镜面为偶次非球面，另一个镜面为球面。本发明能够实现高精度、非接触测距，并且结构紧凑，便携性好，环境适应性强。

Description

具有直线结构的单透镜激光位移测头
技术领域
本发明涉及一种具有直线结构的单透镜激光位移测头，能够实现高精度、非接触测距，并且结构紧凑，便携性好，环境适应性强，属于光学测量仪器技术领域。
背景技术
在现有技术中，激光三角测头是一种高精度、非接触测量仪器。在所述激光三角测头中，如图1所述，在处理器1控制下，半导体激光器2发射的测量光经准直透镜3准直后照射到位于参考位置的被测件4表面，由该表面反射后经成像透镜5成像到线阵CCD6的感光面上一点；当被测件4发生位移ΔH后，此时所述测量光被位于测量位置的被测件4表面反射，反射光由成像透镜5成像到线阵CCD6的感光面上另一点，线阵CCD6将测量光先后照射所产生的电信号发送给处理器1，由处理器1根据CCD6的感光面上两点距离δ换算出被测件4发生的位移ΔH，完成位移测量。
然而，所述激光三角测头整体光路呈大三角布局，结构松散，体积大，在实际测量中易受测量环境制约，便携性也差。
发明内容
为了克服现有激光三角测头之不足，获得一种结构紧凑的高精度、非接触的小型激光测距装置，我们发明了一种具有直线结构的单透镜激光位移测头，在实现高精度、非接触测距的前提下，使得装置结构紧凑，具有较好的便携性和环境适应性。
本发明之具有直线结构的单透镜激光位移测头其特征在于，如图2所示，光电探测器7、分束镜8、透镜9依次同轴排列，光电探测器7的感光面位于透镜9像面处；激光器10出光方向与光电探测器7、分束镜8、透镜9的共同光轴垂直，并与分束镜8工作镜面呈45°角；处理器1分别与光电探测器7、激光器10电连接；分束镜8工作镜面镀有测量光波长半透半反膜；透镜9为单正透镜，朝向分束镜8的镜面为偶次非球面，另一个镜面为球面。
本发明其技术效果在于，主要组成部分光电探测器7、分束镜8、透镜9一字排列，呈直线型结构，并且，相比于现有激光三角测头，本发明只用一个透镜，这使得本发明结构紧凑，具体实施方式中的测头总长L只有20.5mm，如图2所示，改善了测头的便携性。在测量被测件4的位移时，被测件4位于光电探测器7、分束镜8、透镜9的共同光轴上，被测件4的位移方向也与所述共同光轴方向相同，这使得测头的环境适应性更好。本发明之激光位移测头其结构符合Scheimpflug条件要求，在具体实施方式中，有：式中：θ为反射光与光轴之间的夹角，为入射光与光轴之间的夹角，f为透镜9的焦距，l0为透镜9主面与测量参考位置也就是被测件4初始位置之间的距离，测量精度能够达到1μm。
附图说明
图1是现有激光三角测头结构及测量工况示意图。图2是本发明之具有直线结构的单透镜激光位移测头结构及测量工况示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施方式
本发明之具有直线结构的单透镜激光位移测头的一个具体方案如下所述，如图2所示，光电探测器7、分束镜8、透镜9依次同轴排列，光电探测器7的感光面位于透镜9像面处。所述光电探测器7选用线阵CCD或者PSD(位置敏感探测器)。激光器10出光方向与光电探测器7、分束镜8、透镜9的共同光轴垂直，并与分束镜8工作镜面呈45°角。激光器10采用半导体激光器，激光波长λ为650nm，光功率大于10mW。处理器1分别与光电探测器7、激光器10电连接。分束镜8工作镜面镀有测量光波长半透半反膜。透镜9为单正透镜，朝向分束镜8的镜面为偶次非球面，如选取四项非球面系数，另一个镜面为球面，焦距f为20mm，入瞳直径4mm，视场角2ω为4°。
在测量过程中，如图2所述，在处理器1控制下，激光器10发射的测量光由分束镜8反射，再由透镜9聚焦到位于参考位置的被测件4表面，由该表面反射后再经透镜9成像到光电探测器7的感光面上一点；当被测件4发生位移ΔH后，此时所述测量光被位于测量位置的被测件4表面反射，反射光由透镜9成像到光电探测器7的感光面上另一点，光电探测器7将测量光先后照射所产生的电信号发送给处理器1，由处理器1根据光电探测器7的感光面上两点距离δ换算出被测件4发生的位移ΔH，完成位移测量。

Claims (4)

1.一种具有直线结构的单透镜激光位移测头，其特征在于，光电探测器(7)、分束镜(8)、透镜(9)依次同轴排列，光电探测器(7)的感光面位于透镜(9)像面处；激光器(10)出光方向与光电探测器(7)、分束镜(8)、透镜(9)的共同光轴垂直，并与分束镜(8)工作镜面呈45°角；处理器(1)分别与光电探测器(7)、激光器(10)电连接；分束镜(8)工作镜面镀有测量光波长半透半反膜；透镜(9)为单正透镜，朝向分束镜(8)的镜面为偶次非球面，另一个镜面为球面。
2.根据权利要求1所述的具有直线结构的单透镜激光位移测头，其特征在于，所述光电探测器(7)选用线阵CCD或者PSD。
3.根据权利要求1所述的具有直线结构的单透镜激光位移测头，其特征在于，激光器(10)采用半导体激光器，激光波长λ为650nm，光功率大于10mW。
4.根据权利要求1所述的具有直线结构的单透镜激光位移测头，其特征在于，透镜(9)焦距f为20mm，入瞳直径4mm，视场角2ω为4°。
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