CN112284689A - 变密度滤光片直线测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明属密度片测试领域，尤其涉及一种变密度滤光片直线测试装置，包括倾角调节臂（1）、光路支撑架（2）、移动平台（3）、四轴光纤调整架（4）及二轴光纤调整架（5）；移动平台（3）包括Y轴平移单元（301）及X轴微调单元（302）；四轴光纤调整架（4）及二轴光纤调整架（5）分别固定位于倾角调节臂（1）的上下两端；在四轴光纤调整架（4）的光纤光源与二轴光纤调整架（5）的光纤探测口处分别固定设有光纤准直器（6）；Y轴平移单元（301）包括微调单元本体、计算机（10）、单片机控制板（11）、步进电机驱动模块（12）及步进电机（303）。本发明测试效率高，样品无需准确放置，测量精度理想，适应广泛。

Description

变密度滤光片直线测试装置

技术领域

本发明属密度片测试领域，尤其涉及一种变密度滤光片直线测试装置。

背景技术

变密度滤光片是一种光密度随位置按特定规律变化的特殊滤光片，其作用是调节光学系统的光能。变密度滤光片不仅光密度可调，而且光谱呈中性，在各类精密光学系统中得到了广泛应用，如光谱检测、光显示、光纤通讯、精密显微系统、生物医药检测等领域。变密度滤光片是各类光学系统中调整检测系统对比度、提高信噪比等性能的关键元件。按照光密度变化形式划分，常见的变密度滤光片有六种：圆形变密度滤光片、条形变密度滤光片、圆形阶梯密度滤光片、条形阶梯密度滤光片、径向渐小密度滤光片（“牛眼”密度片）和径向渐大密度滤光片（反“牛眼”密度片）。

由于变密度滤光片的光密度是随位置发生变化的，而且不同的变密度片其变化趋势也不相同，为检验光密度随位置的变换情况是否满足设计要求，就必须逐点检测滤光片的光密度。我们将按变密度滤光片渐变方向逐点检测光密度的过程称之为线性测试。很显然，测量点越密，光密度变化趋势就能够描绘的越详细。线性测试不仅是产品质量检验的必要过程，也是产品研发的重要依据。

项目实施前，线性测试一般采用分光光度计。由于分光光度计的束斑较大，可测量的点一般较少，测量结果的精度较低；而小尺寸的滤光片则没法测，也就无法生产。另外，滤光片的等分移动也没有精密的机构，靠打印纸带进行分度，所以测量时的定位也不是很准。线性测试时，检测人员要重复移动滤光片和记录测量数据，几个回合下来，很容易出现错误。在这样的情况下，进行一次线性测试少则30分钟，多则1小时，效率非常低下。由于线性测试效率很低，变密度滤光片批量生产时，线性只能少量抽样检测，产品存在不合格出厂的风险。近年来，变密度滤光片的产量不断增加，种类也越来越多，低效率的线性测试越来越影响产品的生产。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种测试效率高，样品无需准确放置，测量精度理想，适应广泛的变密度滤光片直线测试装置。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种变密度滤光片直线测试装置，包括倾角调节臂、光路支撑架、移动平台、四轴光纤调整架及二轴光纤调整架；所述移动平台包括Y轴平移单元及X轴微调单元；所述四轴光纤调整架及二轴光纤调整架依次分别固定位于倾角调节臂的上下两端；在所述四轴光纤调整架的光纤光源与二轴光纤调整架的光纤探测口处分别固定设有光纤准直器；所述光纤准直器中轴线与X轴微调单元上的载片台垂直；所述倾角调节臂的立柱与光路支撑架固定相接；所述Y轴平移单元包括微调单元本体、计算机、单片机控制板、步进电机驱动模块及步进电机；所述步进电机固定设于微调单元本体的侧壁，其动力输出端与Y轴平移单元的动力输入端相接；所述计算机的数据传输端口与单片机控制板的数据传输端口相接；所述单片机控制板的数据传输端口经步进电机驱动模块与步进电机的数据传输端口相接。

作为一种优选方案，本发明在所述光路支撑架经螺栓与倾角调节臂的立柱固定相接。

本发明测试效率高，样品无需准确放置，测量精度理想，适应广泛。本发明大大地提高了线性测试的效率，使线性测试的时间由原来的30～60分钟缩短至约1分钟。系统所具有的功能也比较完善——测量起点电动精密调节，样品不需准确放置；取点间隔、测量范围可设，适用于不同尺寸的变密度滤光片；测量数据实时图形显示，测量结果一目了然；数据直接Excel输出，方便后续加工处理。

本发明主要主要技术指标如下。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2为本发明单片机控制板电路原理图。

图中：1、倾角调节臂；2、光路支撑架；3、移动平台；301、Y轴平移单元；302、X轴微调单元；303、步进电机；4、四轴光纤调整架；5、二轴光纤调整架；6、光纤准直器；7、螺栓；8、螺栓；9、载片台；10、计算机；11、单片机控制板；12、步进电机驱动模块。

具体实施方式

如图所示，变密度滤光片直线测试装置，包括倾角调节臂1、光路支撑架2、移动平台3、四轴光纤调整架4及二轴光纤调整架5；所述移动平台3包括Y轴平移单元301及X轴微调单元302；所述四轴光纤调整架4及二轴光纤调整架5依次分别固定位于倾角调节臂1的上下两端；在所述四轴光纤调整架4的光纤光源与二轴光纤调整架5的光纤探测口处分别固定设有光纤准直器6；所述光纤准直器6中轴线与X轴微调单元302上的载片台9垂直；所述倾角调节臂1的立柱与光路支撑架2固定相接；所述Y轴平移单元301包括微调单元本体、计算机10、单片机控制板11、步进电机驱动模块12及步进电机303；所述步进电机303固定设于微调单元本体的侧壁，其动力输出端与Y轴平移单元301的动力输入端相接；所述计算机10的数据传输端口与单片机控制板11的数据传输端口相接；所述单片机控制板11的数据传输端口经步进电机驱动模块12与步进电机303的数据传输端口相接。

本发明在所述光路支撑架2经螺栓7及螺栓8与倾角调节臂1的立柱固定相接。本发明所述4轴光纤调整架及2轴光纤调整架均属于已有公知技术。本发明所述移动平台3可采用旋钮微调手动滑台。本发明可采用XY轴SEMC2D-60燕尾槽型旋钮微调手动滑台。

为适应不同尺寸产品，对于直线运动，在X方向选择了行程为100mm的电动平移机构。本发明所述移动平台3中的Y轴平移单元301包括微调单元本体、计算机10、单片机控制板11、步进电机驱动模块12及步进电机303；所述步进电机303固定设于微调单元本体的侧壁，其动力输出端与Y轴平移单元301的动力输入端相接；所述计算机10的数据传输端口与单片机控制板11的数据传输端口相接；所述单片机控制板11的数据传输端口经步进电机驱动模块12与步进电机303的数据传输端口相接。

光密度测量系统包含两个部分，一是光源，另一个是光探测器。分光光度计是非常好的光谱测量仪器，然而其光源束斑相对较大（2X6mm），检测变密度滤光片时检测点的密度较低。为了提高检测点密度以及实现小尺寸滤光片的检测，必须减小束斑。直接采用光阑来减小束斑是行不通的，因为光阑会减小光通量造成测量结果就不准。若采用透镜组汇聚，那么要达到测量光斑小于0.5mm的程度，则光路会变得很复杂。有效的办法是提高光能量密度，于是我们选用了激光。激光具有非常高的能量密度，束斑能够做的很小，很适合于变密度片的线性检测。虽然激光波长有限，但根据变密度片中性良好的特性，只需选取几个典型的波长点，即可覆盖我们当前所用到的所有波段。于是我们选用了635nm、850nm、1310nm和1550nm这四个常用波长。与激光器相对应的是激光光功率计。光功率计是一种既能显示实际光强又能显示相对光强的光能测量仪器。为方便用户进行二次开发，大多数台式光功率计都具有数据通讯接口。

激光器发出的光在单模光纤内传输，经过一个激光准直器6发射出来，然后到达被测样品。穿过被测样品，激光又经过另一个激光准直器6耦合进入另一根单模光纤，然后到达光功率计。单模光纤的芯径非常小，约10um，经准直器后，激光的束斑最大不超过0.5mm，这就要求两个激光准直器几乎在一条直线上。为对准这两个光纤准直器，本发明设置了4轴光纤调整架4及2轴光纤调整架5。

为实现变密度片的位移，本发明采用步进电机作驱动。步进电机303可以比较精确地进行位置控制，而且可以开环控制，这样可以简化结构，节约成本。步进电机303的运行只需一个驱动模块即可。通过步进电机驱动模块，只需两个信号——驱动脉冲和方向电平就可以让步进电机303运转起来。但对普通计算机来说，要输出这两个信号却不那么容易，需要采用中转控制器。计算机通过对中转控制器发送控制命令，然后由控制器解读并执行命令，从而实现对步进电机的间接控制。本发明采用单片机控制板做中转控制器。

根据步进电机驱动模块12需要一个脉冲信号和一个方向信号以及系统能与计算机10通信的要求，单片机控制板11的电路原理图如图2。由于只需控制一个步进电机303，最小系统即可满足要求。8051单片机内部有两个定时器，T1中断可用于与计算机通讯，T0中断正好用于脉冲输出。单片机的P1口用作为信号输出口，步进电机驱动模块12信号输入的公共阳端接5V电源正极。当单片机复位后，P1口均为高电位，步进电机的状态不受影响。8051单片机已有串行通讯模块，但是TTL电平的，要变成标准RS-232口，需要添加一个电平转换器件——MAX232。

本发明的描述中，需要理解的是，术语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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语 “设置”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种变密度滤光片直线测试装置，其特征在于，包括倾角调节臂(1)、光路支撑架(2)、移动平台(3)、四轴光纤调整架(4)及二轴光纤调整架(5)；所述移动平台(3)包括Y轴平移单元(301)及X轴微调单元(302)；所述四轴光纤调整架(4)及二轴光纤调整架(5)依次分别固定位于倾角调节臂(1)的上下两端；在所述四轴光纤调整架(4)的光纤光源与二轴光纤调整架(5)的光纤探测口处分别固定设有光纤准直器(6)；所述光纤准直器(6)中轴线与X轴微调单元(302)上的载片台(9)垂直；所述倾角调节臂(1)的立柱与光路支撑架(2)固定相接；所述Y轴平移单元(301)包括微调单元本体、计算机(10)、单片机控制板(11)、步进电机驱动模块(12)及步进电机(303)；所述步进电机(303)固定设于微调单元本体的侧壁，其动力输出端与Y轴平移单元(301)的动力输入端相接；所述计算机(10)的数据传输端口与单片机控制板(11)的数据传输端口相接；所述单片机控制板(11)的数据传输端口经步进电机驱动模块(12)与步进电机(303)的数据传输端口相接。

2.根据权利要求2所述变密度滤光片直线测试装置，其特征在于：在所述光路支撑架(2)经螺栓(7,8)与倾角调节臂(1)的立柱固定相接。

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