CN109855542A - 一种位移测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位移测量装置。该装置包括光学组件以及用于固定光学组件的机械结构，其中光学组件包括沿光路方向顺次共光轴设置的激光器、孔径光阑、胶合棱镜、第一柱面镜、第二柱面镜、第二透镜、第一透镜、滤光片，第三透镜设置在胶合棱镜中心垂直于光轴方向，光电探测器与第三透镜共光轴设置；机械结构包括镜盖、镜筒、光机、垫片、镜座，镜盖用于固定滤光片，镜筒用于固定第一透镜、第二透镜，第二透镜的位置通过垫片进行调节；镜座用于固定第二柱面镜、第一柱面镜、胶合棱镜、孔径光阑、激光器、第三透镜、光电探测器，光机对镜座进行封装。本发明能够根据测量场所更换不同镜头来实现不同的技术要求，测量精度高，且结构紧凑、体积小。

Description

一种位移测量装置

技术领域

本发明涉及光电传感器技术领域，特别是一种位移测量装置。

背景技术

位移传感器的测量方法包括机械方式、电感方式，光学方式等，且每种测量方式各有优缺点。其中激光式测量相较于其他方式，具有光信号传递快、精度高的优点。现有市场上的位移测量装置常采用激光扫描的方式来进行测量。

中国专利CN106871800A公开了一种光电测径系统，该光电测径仪系统包括底板、反射镜、六面扫描转镜、准直透镜、激光发射器、待测物、聚光镜、光电接收器。该系统需要通过旋转电机带动六面扫描转镜，通过激光扫描的方式来获得光信号，进而得出结果，但是该系统依赖于旋转电机的稳定性，并且需要占用的空间大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、体积小、精度高的位移测量装置，通过拉伸光斑进行非接触位移测量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种位移测量装置，包括光学组件以及用于固定光学组件的机械结构，其中：

光学组件包括沿光路方向顺次共光轴设置的激光器、孔径光阑、胶合棱镜、第一柱面镜、第二柱面镜、第二透镜、第一透镜、滤光片，第三透镜设置在胶合棱镜中心垂直于光轴方向，光电探测器与第三透镜共光轴设置；

所述机械结构包括镜盖、镜筒、光机、垫片、镜座，镜盖用于固定滤光片，镜筒用于固定第一透镜、第二透镜，第二透镜的位置通过垫片进行调节；镜座用于固定第二柱面镜、第一柱面镜、胶合棱镜、孔径光阑、激光器、第三透镜、光电探测器，光机对镜座进行封装。

进一步地，所述胶合棱镜由两块直角棱镜胶合而成，且胶合面镀有半透半反膜。

进一步地，所述激光器发出的平行光，经过孔径光阑缩小通光孔径，光线经过胶合棱镜后到达第一柱面镜和第二柱面镜，然后光线依次透过第二透镜、第一透镜和滤光片后照射到待测物体上。

进一步地，待测物体将光线反射，反射光再次通过滤光片、第一透镜和第二透镜，使形成的光斑缩小；缩小的光斑经过像散元件第二柱面镜和第一柱面镜后发生拉伸，由圆形光斑变为椭圆形光斑；然后经过胶合棱镜使得光线传递方向反射至第三透镜，该反射光经过第三透镜后将光斑进一步缩小，最终被光电探测器接收。

进一步地，所述镜盖、镜筒、光机通过螺纹组合在一起。

进一步地，所述光电探测器为四象限光耦合探测器。

本发明的原理是：利用像散特性，激光发射器通过镜片组后将激光射向被测物体表面，经物体反射的激光被光电探测器接收到。因为位移距离的不同，经过像散元件后出现的椭圆光斑的能量分布不均匀，从而根据能量分布的不均匀来计算出位移大小。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)结构紧凑，体积小，可用于狭窄空间；(2)采用非接触式测量，通过光的特性来完成测量；(3)密封性较好，可用于一些特殊环境的场所，可根据测量场所更换不同镜头来实现不同的技术要求；(4)测量精度高，达到微米级别，配有专用的软件系统，通过软件直接得出位移测量参数。

附图说明

图1是本发明位移测量装置的光学组件结构示意图。

图2是本发明位移测量装置的机械组件结构示意图。

具体实施方式

本发明位移测量装置，包括光学组件以及用于固定光学组件的机械结构，其中：

光学组件包括沿光路方向顺次共光轴设置的激光器8、孔径光阑7、胶合棱镜6、第一柱面镜5、第二柱面镜4、第二透镜3、第一透镜2、滤光片1，第三透镜9设置在胶合棱镜6中心垂直于光轴方向，光电探测器10与第三透镜9共光轴设置；

所述机械结构包括镜盖A、镜筒B、光机C、垫片D、镜座E，镜盖A用于固定滤光片1，镜筒B用于固定第一透镜2、第二透镜3，第二透镜3的位置通过垫片D进行调节；镜座E用于固定第二柱面镜4、第一柱面镜5、胶合棱镜6、孔径光阑7、激光器8、第三透镜9、光电探测器10，光机C对镜座E进行封装。

作为一种具体示例，所述胶合棱镜6由两块直角棱镜胶合而成，且胶合面镀有半透半反膜。

作为一种具体示例，所述激光器8发出的平行光，经过孔径光阑7缩小通光孔径，光线经过胶合棱镜6后到达第一柱面镜5和第二柱面镜4，然后光线依次透过第二透镜3、第一透镜2和滤光片1后照射到待测物体上。

作为一种具体示例，待测物体将光线反射，反射光再次通过滤光片1、第一透镜2和第二透镜3，使形成的光斑缩小；缩小的光斑经过像散元件第二柱面镜4和第一柱面镜5后发生拉伸，由圆形光斑变为椭圆形光斑；然后经过胶合棱镜6使得光线传递方向反射至第三透镜9，该反射光经过第三透镜9后将光斑进一步缩小，最终被光电探测器10接收。

作为一种具体示例，所述镜盖A、镜筒B、光机C通过螺纹组合在一起。

作为一种具体示例，所述光电探测器10为四象限光耦合探测器。

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

实施例

结合图1，本实施例中位移测量装置，激光器8发出的平行光，经过孔径光阑7，缩小通光孔径，使发射光更加均匀，消除杂光。胶合棱镜6是由两块直角棱镜胶合而成的，光线经过胶合棱镜6后到达第一柱面镜5和第二柱面镜6。经过柱面镜后，光线依次透过第二透镜3，第一透镜2和滤光片后照射到待测物体上。待测物体将光线反射后，再次通过滤光片、第一透镜2和第二透镜3，使得形成的光斑缩小。缩小的光斑经过像散元件第二柱面镜6和第一柱面镜5后发生拉伸，由圆形光斑变为椭圆形光斑。在经过胶合棱镜6时，由于胶合处镀有半透半反膜，使得光线传递方向发生改变。此时反射光经过第三透镜9后将光斑进一步缩小，后光信号被光电探测器10接收到，并将之转换为电信号传送给上位机。

结合图2，光学组件通过机械结构固定。其中镜盖A，用来固定滤光片；镜筒B，用来固定第一透镜2和第二透镜3，并且第二透镜3的位置通过垫片D可以进行微调；镜座E用来固定其余的光学组件和光电探测器；光机C对镜座E进行封装。镜盖A、镜筒B以及光机C通过螺纹组合在一起。

本实例采用的光电探测器为四象限光耦合探测器。四象限光耦合探测器的测量原理为：探测器根据象限将接受到的电压分为V_A、V_B、V_C、V_D，根据以下公式求出唯一的比值k，k值对应着唯一的位移量。

本实例采用了638nm的激光器8，该实例的位移测量距离48mm(正负20mm)，精度0.08μm。

综上所述，本发明位移测量装置的结构紧凑，体积小，可用于狭窄空间；采用非接触式测量，通过光的特性来完成测量；密封性较好，可用于一些特殊环境的场所，根据测量场所更换不同镜头来实现不同的技术要求，测量精度高，达到微米级别，配有专用的软件系统，可以通过软件直接得出各种测量参数。

Claims (6)

1.一种位移测量装置，其特征在于，包括光学组件以及用于固定光学组件的机械结构，其中：

光学组件包括沿光路方向顺次共光轴设置的激光器(8)、孔径光阑(7)、胶合棱镜(6)、第一柱面镜(5)、第二柱面镜(4)、第二透镜(3)、第一透镜(2)、滤光片(1)，第三透镜(9)设置在胶合棱镜(6)中心垂直于光轴方向，光电探测器(10)与第三透镜(9)共光轴设置；

所述机械结构包括镜盖(A)、镜筒(B)、光机(C)、垫片(D)、镜座(E)，镜盖(A)用于固定滤光片(1)，镜筒(B)用于固定第一透镜(2)、第二透镜(3)，第二透镜(3)的位置通过垫片(D)进行调节；镜座(E)用于固定第二柱面镜(4)、第一柱面镜(5)、胶合棱镜(6)、孔径光阑(7)、激光器(8)、第三透镜(9)、光电探测器(10)，光机(C)对镜座(E)进行封装。

2.根据权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，所述胶合棱镜(6)由两块直角棱镜胶合而成，且胶合面镀有半透半反膜。

3.根据权利要求1或2所述的位移测量装置，其特征在于，所述激光器(8)发出的平行光，经过孔径光阑(7)缩小通光孔径，光线经过胶合棱镜(6)后到达第一柱面镜(5)和第二柱面镜(4)，然后光线依次透过第二透镜(3)、第一透镜(2)和滤光片(1)后照射到待测物体上。

4.根据权利要求3所述的位移测量装置，其特征在于，待测物体将光线反射，反射光再次通过滤光片(1)、第一透镜(2)和第二透镜(3)，使形成的光斑缩小；缩小的光斑经过像散元件第二柱面镜(4)和第一柱面镜(5)后发生拉伸，由圆形光斑变为椭圆形光斑；然后经过胶合棱镜(6)使得光线传递方向反射至第三透镜(9)，该反射光经过第三透镜(9)后将光斑进一步缩小，最终被光电探测器(10)接收。

5.根据权利要求3所述的位移测量装置，其特征在于，所述镜盖(A)、镜筒(B)、光机(C)通过螺纹组合在一起。

6.根据权利要求3所述的位移测量装置，其特征在于，所述光电探测器(10)为四象限光耦合探测器。