CN108548796A - 便携式激光反射率测量装置 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种便携式激光反射率测量装置。该装置包括：壳体；积分球，位于该壳体的腔体内且紧靠设置在侧面处，并使该积分球的出光孔与该侧面上的所述探测孔对齐；激光器，设置在积分球的进光孔处；光电探测器，设置在积分球的球壁上用于放置该光电探测器的接收孔处；控制单元，位于该腔体内，与所述激光器和光电探测器连接，用于控制激光器发射预设波长的激光束，并根据光电探测器输出的电压信号计算获得被测试件的激光反射率结果。本公开可以用于工程实际中大型工件的激光反射率快速测量，体积小，方便携带，使用简单，成本低。

Description

便携式激光反射率测量装置

技术领域

本公开涉及激光反射率测量技术领域，尤其涉及一种便携式激光反射率测量装置。

背景技术

在激光加工领域，工件表面材料对激光的反射率是重要的物理量。目前，相关技术中，可以通过积分球测量装置收集工件表面材料的反射光，再通过光电探测器探测光强，进而获得工件表面材料的激光反射率。

但是，目前的测量装置体积庞大，无法随身携带，且仅能满足小型试件的测量，如厚度小于5毫米的薄片金属试件的测量。而在工程实际中，通常有很多大型工件，也不便于从该大型工件上取样，因此对于这种情况下如何快速便捷地测量大型工件表面材料对激光的反射率成为一个亟需解决的重大问题。

发明内容

本公开的目的在于提供一种便携式激光反射率测量装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开实施例提供一种便携式激光反射率测量装置，该装置包括：

壳体，包括中空腔体，该腔体一侧面上设有探测孔；

积分球，位于该腔体内且紧靠设置在所述侧面处，并使该积分球的出光孔与该侧面上的所述探测孔对齐；

激光器，设置在所述积分球的进光孔处；

光电探测器，设置在所述积分球的球壁上用于放置该光电探测器的接收孔处；以及

控制单元，位于该腔体内，与所述激光器和光电探测器连接，用于控制所述激光器发射预设波长的激光束，并根据所述光电探测器输出的电压信号计算获得被测试件的激光反射率结果。

本公开的实施例中，所述积分球的直径小于等于1英寸。

本公开的实施例中，所述激光器为激光二极管，该激光二极管的激光发射功率为1～100mW，所述激光束的功率稳定性大于等于95％。

本公开的实施例中，该装置还包括：显示器，设置在所述壳体表面，与所述控制单元电连接，用以显示被测试件的所述激光反射率结果。

进一步的，本公开的实施例中，所述控制单元包括：

控制电路，与所述激光器、光电探测器和显示器分别连接，用以接收该光电探测器输出的所述电压信号；

计算芯片，与所述控制电路连接，用以对该控制电路输出的所述电压信号进行计算得到所述激光反射率结果；

所述控制电路，还用于将该计算芯片输出的所述激光反射率结果传入所述显示器进行显示。

本公开的实施例中，该装置还包括：

电池，设置在所述腔体内，与所述控制电路电连接；

开关，设置在所述壳体表面，并与所述控制电路电连接。

本公开的实施例中，所述控制电路、计算芯片、激光器、积分球、光电探测器和电池均集成封装于该壳体的所述腔体内。

本公开的实施例中，所述电池为纽扣电池。

本公开的实施例中，所述开关为按压式开关。

本公开的实施例中，所述进光孔和所述出光孔的光轴之间的夹角小于等于5°。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开的实施例中可采用微型积分球配合壳体及其他必要测量部件形成该便携式激光反射率测量装置，可应用于工程实际中大型工件的激光反射率快速测量，其体积小，方便随身携带，使用简单，节省人力物力，适用性强。同时该装置结构简单，成本低，可批量生产。

附图说明

图1示出本公开示例性实施例中便携式激光反射率测量装置示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体。

本示例实施方式中提供了一种便携式激光反射率测量装置。该装置便携可随身携带，利用微型积分球可实现大型工件表面材料激光反射率的快速测量。参考图1中所示，该装置可以包括壳体100、积分球200、激光器300、光电探测器400、控制单元500。其中：

所述壳体100包括中空腔体101，该腔体101一侧面上设有探测孔102。在一些实施例中，所述腔体101可以为一矩形体，但并不限于此。该腔体101的高度与所述积分球200的直径匹配，以便于刚好容纳安装积分球200。作为示例，该壳体100的外形可以形成为一记号笔形状，尺寸可以与市场上的记号笔相当。测量时可以将该壳体100具有该探测孔102的该侧面紧贴被测工件70如大型工件表面。

本实施例中，所述积分球200为微型积分球而不是现有的大体积积分球。例如在一实施例中该积分球200的直径可以小于等于1英寸，以便于小型化集成，当然并不限于此。该积分球200位于该腔体101内且紧靠设置在所述侧面处，并使该积分球200的出光孔202与该侧面上的所述探测孔102对齐。

所述激光器300设置在所述积分球200的进光孔201处，该进光孔201通常分布在微型积分球的球壁上，该激光器300可以发射单个激光束600。较佳的，在一实施例中，所述进光孔201和所述出光孔202的之间的夹角小于等于5°，如3°、4°或者5°，优选5°左右，这样在保证激光束600基本完全穿过辐照至被测工件70表面的同时，也可以在很大程度上保证被测工件70表面反射的反射光大部分或者基本全部进入积分球200内，从而可以提高测量精度。另外反射光也不至于很大部分沿光路返回而损坏激光器300或影响降低测量精度。

在一个示例实施例中，所述激光器300可以包括但不限于为激光二极管。进一步的，所述激光二极管的激光发射功率为1～100mW，发射的所述激光束600的功率稳定性大于等于95％，例如95％、96％、97％、98％、99％等。该激光束600通常依次通过所述进光孔201、出光孔202和探测孔102辐照至与该探测孔102紧挨的被测工件70表面。本实施例中，由于采用单光束直接测量，通过标准反射率板实现定标获得所述光电探测器400如光电二极管的电压信号与下述计算芯片501中的比例系数，所以只有高的激光束的功率稳定性才能保证在实际使用过程中的测量精度。因此激光束600的功率稳定性大于等于95％可以保证该激光束600基本全部辐照至被测工件70表面，提高测量的准确性。另外，在一些示例中，该激光二极管采用1～100mW毫瓦级这样较低的激光发射功率，可以很大程度减少甚至避免激光束600对被测工件70表面造成的热效应，从而可提高测量准确性；同时也可以减小激光二极管的体积，避免光电探测器400饱和影响测量准确性，并可以提高如电池的续航。

所述光电探测器400如光电二极管，设置在所述积分球200的球壁上用于放置该光电探测器400的接收孔处。所述激光束600依次通过所述进光孔201、出光孔202和探测孔102辐照至与该探测孔102紧挨的被测工件70表面后，该被测试件70表面的反射光进入所述微型积分球200并在该微型积分球200内多次反射匀化，最终该光电探测器400测量该积分球200内部的光强而转换得到电压信号。

所述控制单元500，位于该腔体101内，与所述激光器300和光电探测器400连接，用于控制所述激光器300发射预设波长的所述激光束600，并根据所述光电探测器400输出的电压信号计算获得被测试件70的激光反射率结果。所述预设波长可以是蓝光激光、红光激光或者绿光激光对应的波长，当然并不限于此。

本公开的一实施例中，该装置还可以包括显示器(图未示)，设置在所述壳体100表面，例如嵌设于所述壳体100表面(图未示)，与所述控制单元500电连接如通过信号线连接控制电路502(图未示)，用以显示被测试件的所述激光反射率结果。该显示器可以是数码管，当然本实施例并不限于此。

进一步的，在本公开的实施例中，所述控制单元500可以包括控制电路502和计算芯片501。其中，所述控制电路502与所述激光器300、光电探测器400和所述显示器(图未示)分别连接，用以接收该光电探测器400输出的所述电压信号。该控制电路502可以由微处理器或者微控制器构成。所述计算芯片501可以是如DSP芯片等，该计算芯片501与所述控制电路502连接，用以对该控制电路502输出的所述电压信号进行计算得到所述激光反射率结果。所述控制电路502，还用于将该计算芯片501输出的所述激光反射率结果传入所述显示器进行显示。这里采用专门的计算芯片501计算反射率，可以提高数据计算处理效率，一次测量只需数秒钟的时间，测量速度快适用于快速测量。

具体的，作为一个示例，所述控制电路502可以控制激光器300即激光二极管发射特定波长的激光束600，激光束600全部穿过探测孔102，辐照在大型工件的表面。该大型工件紧贴探测孔102。大型工件表面的反射光基本全部进入微型积分球200，在微型积分球200内多次反射匀化。所述光电探测器400测量微型积分球200内部光强信号并转化为电压信号，然后将对应的电压信号通过控制电路502传入计算芯片501，计算芯片501对该电压信号进行计算处理，获得大型工件表面激光反射率结果数据，再通过控制电路501将结果数据传入显示器以使测量者在显示器上可以直接读取试件反射率的测量结果。其中，所述计算芯片501对光电探测器400的输出电压信号可进行乘法计算，且乘数可调，例如通过放大系数可调的放大电路进行乘法计算，具体计算可参考现有技术，不再赘述。

在上述各实施例的基础上，本公开的实施例中，该装置还可以包括电池和开关(图未示)。所述电池设置在所述腔体内，与所述控制电路502电连接(图未示)。所述开关设置如嵌设在所述壳体100表面，并与所述控制电路502电连接如通过导线电连接(图未示)。具体的，所述电池可以为纽扣电池，以便于小型化集成。所述开关可以为按压式开关，按下时测量装置处于工作状态，弹起时测量装置处于不工作状态。

在本公开的实施例中，所述控制电路502、计算芯片501、激光器300、积分球200、光电探测器400和电池均可以集成封装于该壳体100的所述腔体101内，以达到小型化集成化的目的，使得该装置体积下，便于携带。

下面以一个具体实施方式为例说明该装置的工作过程。该装置利用微型积分球收集反射光的方式实现大型工件表面材料激光反射率的测量。具体的，以工业中激光打标常用的绿色激光反射率测量为例，当然也可是蓝色或者红色激光。所述激光器300即激光二极管可选择发射激光波长为532nm，功率为100mW的激光二极管。光电探测器400可选择硅探测器。测量时将该装置的壳体100上具有探测孔102的一侧面紧贴抵靠在大型工件即被测工件70表面，当按下开关时，控制电路502工作即该装置开始工作，激光器300即激光二极管发射激光束600，激光束600依次通过微型积分球200上的进光孔201、出光孔202和所述腔体101的侧面的探测孔102辐照在大型工件即被测工件70表面。大型工件紧贴探测孔102，大型工件表面的反射光基本全部进入微型积分球200内。所述光电探测器400测量该积分球200匀化后的反射光强。在光源功率不变的情况下，光电探测器400输出电压与大型工件表面的反射率成正比。预先利用已知反射率的标准反射率板替代工件，获取光电探测器400输出电压与反射率的比例系数，将其预先输入所述计算芯片501中。这样计算芯片501就可以直接计算该大型工件在如532nm波长激光辐照下的激光反射率，并可以直接在显示器上直观显示。

本公开实施例方案有效解决了工程实况下大型工件表面材料激光反射率的快速测量问题。该装置具有使用简单，快速测量，适用范围广等特点。该装置可以做成便携式激光反射率测量笔状，体积小，可以方便快捷地测量大型工件表面的激光反射率，成本低，携带方便，使用简单。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种便携式激光反射率测量装置，其特征在于，该装置包括：

壳体，包括中空腔体，该腔体一侧面上设有探测孔；

积分球，位于该腔体内且紧靠设置在所述侧面处，并使该积分球的出光孔与该侧面上的所述探测孔对齐；

激光器，设置在所述积分球的进光孔处；

光电探测器，设置在所述积分球的球壁上用于放置该光电探测器的接收孔处；以及

控制单元，位于该腔体内，与所述激光器和光电探测器连接，用于控制所述激光器发射预设波长的激光束，并根据所述光电探测器输出的电压信号计算获得被测试件的激光反射率结果。

2.根据权利要求1所述便携式激光反射率测量装置，其特征在于，该积分球的直径小于等于1英寸。

3.根据权利要求2所述便携式激光反射率测量装置，其特征在于，所述激光器为激光二极管，该激光二极管的激光发射功率为1～100mW，所述激光束的功率稳定性大于等于95％。

4.根据权利要求3所述便携式激光反射率测量装置，其特征在于，该装置还包括：

显示器，设置在所述壳体表面，与所述控制单元电连接，用以显示被测试件的所述激光反射率结果。

5.根据权利要求4所述便携式激光反射率测量装置，其特征在于，所述控制单元包括：

控制电路，与所述激光器、光电探测器和显示器分别连接，用以接收该光电探测器输出的所述电压信号；

计算芯片，与所述控制电路连接，用以对该控制电路输出的所述电压信号进行计算得到所述激光反射率结果；

所述控制电路，还用于将该计算芯片输出的所述激光反射率结果传入所述显示器进行显示。

6.根据权利要求5所述便携式激光反射率测量装置，其特征在于，还包括：

电池，设置在所述腔体内，与所述控制电路电连接；

开关，设置在所述壳体表面，并与所述控制电路电连接。

7.根据权利要求6所述便携式激光反射率测量装置，其特征在于，所述控制电路、计算芯片、激光器、积分球、光电探测器和电池均集成封装于该壳体的所述腔体内。

8.根据权利要求7所述便携式激光反射率测量装置，其特征在于，所述电池为纽扣电池。

9.根据权利要求7所述便携式激光反射率测量装置，其特征在于，所述开关为按压式开关。

10.根据权利要求5所述便携式激光反射率测量装置，其特征在于，所述进光孔和所述出光孔的光轴之间的夹角小于等于5°。