CN108955549A - 一种透光材料双面测厚装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种透光材料双面测厚装置,包括第一光学位移测量头、第二光学位移测量头以及分别与所述第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头连接的触发部,所述触发部按照指定的时序发送电脉冲给第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头,使两个测量头同时或采样时间有重叠地射出光线。本发明采样曝光时间提高两倍以上,可以使得在相同的光能采集情况下采样帧率提高两倍以上,或者在采样帧率相同的情况下采集更多光能,从而大幅度提高信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量领域,尤其涉及一种透光材料双面测厚装置。
背景技术
目前测量透光材料的厚度有两种常用的方式。第一种方式为采用单个光学位移传感器测量,采用这种方式如果材料表面不平,或材料中间有光散射剂,或者是半透明的材质,测量效果不好。另外,单个光学位移传感器测量厚度时和材料的折射率有关系,由于材料有不均匀性,材料不同的部位通常有不同的折射率,而且批次不同的材料成分配比发生变化的话,折射率也会发生变化,因而造成测量结果不确定。
第二种方式是在被测物体上下各设一个光学位移传感器,直接两边对射测量,透光材料会产生两边光线相互干扰的问题,其中一个传感器的光线会照射入另一个传感器,特别是高透明度物体,反射光本来就很弱,有可能干扰光比反射光还强很多倍,使得采样不准确或无法测量。
使用两个传感器时序错开的方法,由于采样曝光的时间减少至少一半,在同等光强照射下采样帧率会下降,特别是光谱共焦位移传感器由于通光孔径小,曝光时间损失一半以上会严重降低采样帧率或信噪比。另外,如果用在生产线或设备上测量薄膜,薄膜通常都在滚筒之间高速运动和振动,设备本身也会由于有很多机械装置运动产生强烈的振动,由于两个采样时间不同,上下传感器所采集到的测量值包含了振动,从而失去准确性。如图1所示,矩形波100的波峰部分表示采样曝光窗口,上下两矩形波分别对应上下两光学位移传感器,由于两波峰部分不能重叠,曝光时间明显减少一半以上,而且在上下传感器200采样时,可能发生振动,从而严重影响测试结果的准确性。
因此,现有技术存在缺陷,需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种透光材料双面测厚装置,提高采样帧率以及信噪比。
本发明的技术方案如下:提供一种透光材料双面测厚装置,包括第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头,所述第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头同时或采样时间有重叠地射出光线。
进一步地,所述第一光学位移测量头包括:第一光照射部、第一光接收部以及第一光发射部,所述第一光接收部与第一光照射部连接,所述第一光发射部分别与第一光照射部以及第一光接收部连接,所述第二光学位移测量头包括:第二光照射部、第二光接收部以及第二光发射部,所述第二光接收部与第二光照射部连接,所述第二光发射部分别与第二光照射部以及第二光接收部连接,第一光照射部与第二光照射部相对设置在被测物两侧,所述第一光照射部与第二光照射部同轴设置,所述第一光照射部以及第二光照射部给被测物提供光源,所述第一光接收部接收到的光线与所述第二接收部接收到的光线的光谱主波段相互错开或偏振角度相互错开。
进一步地,所述第一光学位移测量头与第二光学位移测量头射出的光线的主波段波峰至少一个位于下列范围之一:430~480nm、500~530nm、535~570nm。
进一步地,所述第一光学位移测量头与第二光学位移测量头均采用LED光源。
进一步地,所述第一光接收部接收到的光谱主波段与所述第二接收部接收到的光谱主波段相互错开时,所述第一光照射部内设有第一色散镜片组以及设于所述第一色散镜片组下方的第一滤光片,所述第二光照射部内设有第二色散镜片组以及设于所述第二色散镜片组下方的第二滤光片,所述第一滤光片的通带与第二滤光片的通带相互错开。
进一步地,所述第一光照射部内设有第一偏振片,所述第二光照射部内设有第二偏振片,所述第一偏振片与第二偏振片的偏振方向相互呈一定夹角。
进一步地,所述第一偏振片与第二偏振片的偏振方向相互垂直设置。
进一步地,所述第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头中至少有一个为激光位移传感器或光谱共焦位移传感器。
进一步地,第一光发射部与第二光发射部发射的光线的光谱主波段相互错开。
进一步地,还包括第一夹持件以及第二夹持件,所述第一光照射部安装固定在所述第一夹持件上,所述第二光照射部安装固定在所述第二夹持件上,所述第一夹持件以及第二夹持件可活动调节。
进一步地,本双面测厚装置还包括分别与所述第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头连接的触发部,所述触发部产生电脉冲,按照指定的时序发送到第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头,使第一光学位移测量头与第二光学位移测量头同时或采样时间有重叠地射出光线。
与现有技术相比,本发明采样曝光时间提高两倍以上,可以使得在相同的光能采集情况下采样帧率提高两倍以上,或者在采样帧率相同的情况下采集更多光能,从而大幅度提高信噪比。
附图说明
图1为传统双面测厚装置的结构示意图。
图2为本发明第一种实施例的结构示意图。
图3为本发明第二种实施例的结构示意图。
图4为发明第三种实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例,对本发明详细说明。
请参阅图2,本发明提供一种透光材料双面测厚装置,包括第一光学位移测量头1、第二光学位移测量头2以及分别与所述第一光学位移测量头1以及第二光学位移测量头2连接的触发部3,所述触发部3按照指定的时序发送电脉冲给第一光学位移测量头1以及第二光学位移测量头2,使两个测量头同时或采样时间有重叠地射出光线。
本发明中关于测量同步采样重叠的概念,最常用的是两测量头同时采样,曝光时间也相同,这样两者的振动被抵消,误差最小。当然也有特殊的情况,被测物表面反射率不同,曝光时间设置不一致,这种情况下可以同时采样,但结束时间不一样。优选是曝光时间的中间点尽量重叠,这样受振动影响最小。
所述第一光学位移测量头1包括:第一光照射部11、第一光接收部12以及第一光发射部13,所述第一光接收部12与第一光照射部11连接,所述第一光发射部13分别与第一光照射部11以及第一光接收部12连接。所述第二光学位移测量头2包括:第二光照射部21、第二光接收部22以及第二光发射部23,所述第二光接收部22与第二光照射部21连接,所述第二光发射部23分别与第二光照射部21以及第二光接收部22连接。第一光照射部11与第二光照射部21相对设置在被测物4两侧,在本实施例中,第一光照射部11设于被测物4上方,第二光照射部21设于被测物4下方,所述第一光照射部11与第二光照射部21同轴设置。第一光照射部11以及第二光照射部21给被测物4提供光源,第一光照射部11射出的光线照射到被测物4的上表面,所述第一光接收部12用于接收被测物4上表面的反射光,所述第一光发射部13用于向上表面发射测量光,所述第二光照射部21射出的光线照射到被测物的下表面,所述第二光接收部22用于接收下表面的反射光,所述第二光发射部23用于向下表面发射测量光。两个光学位移测量头根据被测物表面反射的光线独立地得到与被测物4的相对距离,并根据这两个相对距离计算出被测物4的厚度。
在本实施例中,为了使第一光学位移测量头1以及第二光学位移测量头2相互不产生干扰,让两测量头产生的光源的工作光波主波段不同,或者第一光发射部11与第二光发射部21发射的光线的光谱主波段相互错开,使得照射到对面测量头的光全部或大部分无法达到第一光接收部12或第二光接收部22,或者即便到达光接收部也不被光接收部所吸收,优选地,第一光接收部12以及第二光接收部22也对应各自光源的主波段来设置,可以产生最高的分辨率和相互抗干扰的能力。通常比较多采用的是LED光源。所述第一光学位移测量头1与第二光学位移测量头2射出的光线的主波段波峰至少一个位于下列范围之一:430~480nm、500~530nm、535~570nm。430~480nm是氮化镓蓝光LED发光强度比较高的波段,500~530nm是氮化镓绿光LED发光强度比较高的波段,535~570是Ce-YAG荧光粉发光强度比较高的波段,采用这些波段能明显提高发射光强度。需要注意的是,众所周知地,很多光源的光谱并不是在主峰旁边快速截止到零的,所以本文中描述的“主波段”的概念,即使有轻微的光谱残留相互重叠,只要不明显影响测量是允许的,并不会超出本专利的保护范围。
优选地,所述时序发生器3为同步信号发生器,使用同步信号发生器来产生同步采样时序,当然,使用网络信号同步或由其中一个测量头发送信号到另外一个测量头,或是按约定的时钟同步运行也是可以的,只要保证第一光学位移测量头1与第二光学位移测量头2同时或采样时间有重叠地射出光线即可。
所述第一光学位移测量头1以及第二光学位移测量头2为激光位移传感器或光谱共焦位移传感器,优选为光谱共焦位移传感器。
图3为本发明的第二实施例,与上述实施例不同的是,两测量头产生的光源包括很多波峰的光,如白光,第一光照射部11内增设有第一色散镜片组111以及设于所述第一色散镜片组111下方的第一滤光片112,第二光照射部21内增设有第二色散镜片组211以及设于所述第二色散镜片组211下方的第二滤光片212,所述第一色散镜片组111与第二色散镜片组211用于产生轴向色差,所述第一滤光片112的通带与第二滤光片212的通带相互错开。通过采用第一滤光片112与第二滤光片212将光源进行过滤,使得第一光接收部12接收到的光线的光谱主波段与所述第二接收部22接收到的光线的光谱主波段相互错开,这样可以把来自对方测量头的干扰光排除掉而不会显著影响本身的测量光。
图4为发明的第三实施例,与上述实施例不同的是,所述第一光照射部11内设有第一偏振片301,所述第二光照射部21内设有第二偏振片302,所述第一偏振片301与第二偏振片302的偏振方向相互呈一定夹角。优选地,所述第一偏振片301与第二偏振片302的偏振方向相互垂直设置,图中305表示第一偏振片的偏振方向,306表示第二偏振片的偏振方向,这样也可以把来自对方的干扰光排除掉而不会显著影响本身的测量光。
请结合参阅图2与图4,在本实施例中,本透光材料双面测厚装置还包括第一夹持件5以及第二夹持件6,所述第一光照射部11安装固定在所述第一夹持件5上,所述第二光照射部21安装固定在所述第二夹持件6上,所述第一夹持件5以及第二夹持件6可活动调节,主要用来调节偏振角,以达到两个光照射部发出的光线的偏振角相互错开的效果。
综上所述,本发明采样曝光时间提高两倍以上,可以使得在相同的光能采集情况下采样帧率提高两倍以上,或者在采样帧率相同的情况下采集更多光能,从而大幅度提高信噪比。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,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 (10)
1.一种透光材料双面测厚装置,其特征在于,包括:第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头,所述第一光学位移测量头与第二光学位移测量头同时或采样时间有重叠地射出光线;
所述第一光学位移测量头包括:第一光照射部、第一光接收部以及第一光发射部,所述第一光接收部与第一光照射部连接,所述第一光发射部分别与第一光照射部以及第一光接收部连接,所述第二光学位移测量头包括:第二光照射部、第二光接收部以及第二光发射部,所述第二光接收部与第二光照射部连接,所述第二光发射部分别与第二光照射部以及第二光接收部连接,第一光照射部与第二光照射部相对设置在被测物两侧,所述第一光照射部与第二光照射部同轴设置,所述第一光照射部以及第二光照射部给被测物提供光源,所述第一光接收部接收到的光线与所述第二接收部接收到的光线的光谱主波段相互错开或偏振角度相互错开。
2.根据权利要求1所述的透光材料双面测厚装置,其特征在于,所述第一光学位移测量头与第二光学位移测量头射出的光线的主波段波峰至少一个位于下列范围之一:430~480nm、500~530nm、535~570nm。
3.根据权利要求1所述的透光材料双面测厚装置,其特征在于,所述第一光学位移测量头与第二光学位移测量头均采用LED光源。
4.根据权利要求1所述的透光材料双面测厚装置,其特征在于,所述第一光接收部接收到的光谱主波段与所述第二接收部接收到的光谱主波段相互错开时,所述第一光照射部内设有第一色散镜片组以及设于所述第一色散镜片组下方的第一滤光片,所述第二光照射部内设有第二色散镜片组以及设于所述第二色散镜片组下方的第二滤光片,所述第一滤光片的通带与第二滤光片的通带相互错开。
5.根据权利要求1所述的透光材料双面测厚装置,其特征在于,所述第一光照射部内设有第一偏振片,所述第二光照射部内设有第二偏振片,所述第一偏振片与第二偏振片的偏振方向相互呈一定夹角。
6.根据权利要求5所述的透光材料双面测厚装置,其特征在于,所述第一偏振片与第二偏振片的偏振方向相互垂直设置。
7.根据权利要求1所述的透光材料双面测厚装置,其特征在于,所述第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头中至少有一个为激光位移传感器或光谱共焦位移传感器。
8.根据权利要求1所述的透光材料双面测厚装置,其特征在于,第一光发射部与第二光发射部发射的光线的光谱主波段相互错开。
9.根据权利要求5所述的透光材料双面测厚装置,其特征在于,还包括第一夹持件以及第二夹持件,所述第一光照射部安装固定在所述第一夹持件上,所述第二光照射部安装固定在所述第二夹持件上,所述第一夹持件以及第二夹持件可活动调节。
10.根据权利要求1至8任一项所述的透光材料双面测厚装置,其特征在于,还包括分别与所述第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头连接的触发部,所述触发部产生电脉冲,按照指定的时序发送到第一光学位移测量头以及第二光学位移测量头,使第一光学位移测量头与第二光学位移测量头同时或采样时间有重叠地射出光线。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181207 |
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