CN108931188A - 光学位置检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光学位置检测装置和方法，该装置包括：光源；第一反射镜，可将来自光源的入射光束以一定倾角入射在工件的待测表面；横向偏移放大镜组，可将待测表面的反射光束进行横向偏移放大后入射至探测器；探测器。本发明的检测装置和方法，采用独立的光路，且采用斜入射方式，可以避开其它光路占据的空间位置，而且装置简单可靠，成本低廉。而且精度高，可以将工件表面的位置变化放大50～100倍，可以实现亚微米级的位置检测。
Description
技术领域
本申请涉及光学加工技术领域，特别是涉及一种光学位置检测装置和方法。
背景技术
光学位置检测方法具有非接触、高精度和响应快速等优点，广泛应用于定位控制和产品形貌检测等领域。
现有的光学位置检测方法有多种：共焦法(也称为共轭焦法，多见于激光共焦显微镜)、三角法(在当前商用的激光位移传感器中被广泛采用)、干涉法(例如双频激光干涉仪)、像散法(光驱的伺服聚焦即采用改法，也用于精密光学加工，例如专利201010170978.4)等等。
在特殊的情况下，以上方法难以满足需求。例如：已经有其它光路占据了工件待测位置的正上方，此时光路位置已被侵占，技术方案无法实施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学位置检测装置和方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开一种光学位置检测装置，包括：
光源；
第一反射镜，可将来自光源的入射光束以一定倾角入射在工件的待测表面；
横向偏移放大镜组，可将待测表面的反射光束进行横向偏移放大后入射至探测器；
探测器。
优选的，在上述的光学位置检测装置中，定义一加工空间，该加工空间位于工件待测表面垂直上方，
所述光源、第一反射镜、横向偏移放大镜组和探测器均位于所述加工空间外。
优选的，在上述的光学位置检测装置中，所述光源和第一反射镜位于所述加工空间的一侧，
横向偏移放大镜组和探测器位于所述加工空间的另外一侧。
优选的，在上述的光学位置检测装置中，所述横向偏移放大镜组包括棱镜，该棱镜可将待测表面的反射光束进行横向偏移放大。
优选的，在上述的光学位置检测装置中，来自待测表面的反射光束自棱镜的一个A面进入，并从棱镜的B面射出，
其中A面与待测表面平行。
优选的，在上述的光学位置检测装置中，所述棱镜可将进入的反射光束进行横向偏移放大8倍。
优选的，在上述的光学位置检测装置中，所述横向偏移放大镜组包括扩束镜组，所述扩束镜组设置于探测器和棱镜之间，
该扩束镜组可将待测表面的反射光束进行横向偏移放大。
优选的，在上述的光学位置检测装置中，所述扩束镜组可将进入的反射光束进行横向偏移放大5～20倍。
优选的，在上述的光学位置检测装置中，所述扩束镜组和棱镜之间设置有第二反射镜，
所述扩束镜组和第二反射镜依次设置于探测器的正下方。
相应的，本申请还公开了一种光学位置检测方法，提供所述的光学检测装置，
该光学检测装置具有独立的检测光路，
入射光路自加工空间的一侧倾斜入射，并自加工空间的另一侧倾斜射出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的检测装置和方法，采用独立的光路，且采用斜入射方式，可以避开其它光路占据的空间位置，而且装置简单可靠，成本低廉。而且精度高，可以将工件表面的位置变化放大50～100倍，可以实现亚微米级的位置检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中光学位置检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1所示，本申请的一实施例中，提供了一种光学位置检测装置，采用光学手段检测工件10表面的粗糙度或位置波动是否满足加工要求。
首先定义一加工空间20，该加工空间20位于工件待测表面垂直上方，更优选的，待加工工件10表面整个垂直上方的空间为加工空间20。该加工空间可以设置其他光路30，比如激光切割光路、半导体光刻光路等。
光学位置检测装置为独立于光路30的、专用于工件30表面位置检测的光路，由于其独立性，可以配套应用于不同的光学设备，不需要对原有光学设备进行改装，也不需要借用光学设备原有的光学元件。
为了避免光学位置检测装置对原有光学设备的干扰，光学位置检测装置设置于加工空间的外部，其产生的入射光路自加工空间20的一侧倾斜入射，并自加工空间20的另一侧倾斜射出。
在一实施例中，光学位置检测装置包括光源401，光源401用以产生用于工件表面检测的入射光402。
在优选的实施例中，光源401可以是激光二极管、LED或者氦氖激光器等，光源波长一般大于450nm，并且发光功率较弱。
来自光源401的入射光402优选沿竖直方向向下射出。
光学位置检测装置包括第一反射镜403，第一反射镜403设置于光源401的正下方，可将来自光源401的入射光束以一定倾角入射在工件10的待测表面(上表面)。
该技术方案中，光源401和第一反射镜403设置于加工空间20的同一侧，光源401和第一反射镜403上下设置，可以降低横向空间的占用。
光学位置检测装置还包括横向偏移放大镜组，可将待测表面的反射光束进行横向偏移放大后入射至探测器404。
横向偏移放大镜组和探测器404位于加工空间的同一侧，且与光源401处于相对的一侧。
横向偏移放大镜组包括沿检测光路上依次设置的棱镜405、第二反射镜406和扩束镜组407。
棱镜405可将待测表面的反射光束进行横向偏移放大。
在一实施例中，棱镜405中，来自待测表面的反射光束自棱镜的一个A面进入，并从棱镜的B面射出，A面大致平行于待测表面，且A面和B面的夹角一般为45°。
进一步地，棱镜405可将进入的反射光束进行横向偏移放大8倍左右。
该技术方案中，工件10四周的安装空间受限，而棱镜405在实现横向偏移的同时，其体积也小，成本低，方便设置在工件附近用以接收反射光。
同样为了避免横向空间的占用，探测器404、扩束镜组407和第二反射镜406上下依次设置。
第二反射镜406用以将来自棱镜405的反射光，沿竖直方向反射至扩束镜组407。
扩束镜组407可将待测表面的反射光束的横向偏移进行放大。具体的，扩束镜可以是伽利略型，也可以是开普勒型或其他形式
进一步地，扩束镜组407可将进入的反射光束进行横向偏移放大5～20倍左右，优选为8倍。
通过棱镜和扩束镜组的两级放大，可以将工件表面的位置变化放大50～100倍，可以实现亚微米级的位置检测，精度高。探测器404的典型单元尺寸约5um，在50～100倍几何放大的情况下，其检测精度可优于0.1um。
综上所述，本发明的检测装置和方法，采用独立的光路，且采用斜入射方式，可以避开其它光路占据的空间位置，而且装置简单可靠，成本低廉。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种光学位置检测装置，其特征在于，包括：
光源；
第一反射镜，可将来自光源的入射光束以一定倾角入射在工件的待测表面；
横向偏移放大镜组，可将待测表面的反射光束进行横向偏移放大后入射至探测器；
探测器。
2.根据权利要求1所述的光学位置检测装置，其特征在于，定义一加工空间，该加工空间位于工件待测表面垂直上方，
所述光源、第一反射镜、横向偏移放大镜组和探测器均位于所述加工空间外。
3.根据权利要求2所述的光学位置检测装置，其特征在于，所述光源和第一反射镜位于所述加工空间的一侧，
横向偏移放大镜组和探测器位于所述加工空间的另外一侧。
4.根据权利要求1所述的光学位置检测装置，其特征在于，所述横向偏移放大镜组包括棱镜，该棱镜可将待测表面的反射光束进行横向偏移放大。
5.根据权利要求4所述的光学位置检测装置，其特征在于，来自待测表面的反射光束自棱镜的A面进入，并从棱镜的B面射出，
其中A面与待测表面平行。
6.根据权利要求4所述的光学位置检测装置，其特征在于，所述棱镜可将进入的反射光束进行横向偏移放大8倍。
7.根据权利要求4所述的光学位置检测装置，其特征在于，所述横向偏移放大镜组包括扩束镜组，所述扩束镜组设置于探测器和棱镜之间，
该扩束镜组可将待测表面的反射光束进行横向偏移放大。
8.根据权利要求7所述的光学位置检测装置，其特征在于，所述扩束镜组可将进入的反射光束进行横向偏移放大5～20倍。
9.根据权利要求7所述的光学位置检测装置，其特征在于，所述扩束镜组和棱镜之间设置有第二反射镜，
所述扩束镜组和第二反射镜依次设置于探测器的正下方。
10.一种光学位置检测方法，其特征在于，提供权利要求2至9任一所述的光学检测装置，
该光学检测装置具有独立的检测光路，
入射光路自加工空间的一侧倾斜入射，并自加工空间的另一侧倾斜射出。
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