CN112902841A - 一种带纠偏功能的尺寸测量传感器 - Google Patents

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许永童
谢勇
马路明
祁伟光
田敏
李红娟
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts

Abstract

一种带纠偏功能的尺寸测量传感器，所述尺寸测量传感器包括发射单元和接收单元。发射单元按照发射光路依次设置有光源、消色差准直透镜、窗口片。接收单元按照接收光路依次设置有窄带滤光片和分别位于所述窄带滤光片两端的光敏器件、线阵CCD，以及同样设于所述接收单元的纠偏指示灯。发射单元发射的光线入射接收单元，如果接收单元的入射光与接收单元的线阵CCD表面不垂直，所述入射光入射至所述光敏器件，则触发所述纠偏指示灯亮起，提示接收单元与发射单元存在偏角关系，可通过对所述尺寸测量传感器安装位置的调整将该偏角校正到0°。

Description

一种带纠偏功能的尺寸测量传感器
技术领域
本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种带纠偏功能的尺寸测量传感器。
背景技术
尺寸测量传感器是检测和测量目标宽度和位置的传感器，在工业精密检测领域有着广泛的应用。该技术的关键在于建立将点光源准直成一束平行光，光束照射感光元件，当物体进入平行光束的范围时，在感光元件上就会出现一个等比例的影子，通过测量阴影的大小或者受光量的变化即可求得物体的尺寸。现有的尺寸测量传感器需要采用平行光源照射在感光元件上，通过统计测量被测目标物的“阴影”的宽度，进一步求得目标物的尺寸。但是，实际安装过程中，尺寸传感器的发射单元和接收单元的安装位置，不可避免都可能存在一个偏角。
发明内容
本发明实施例之一，一种带纠偏功能的尺寸测量传感器，所述尺寸测量传感器包括发射单元和接收单元。发射单元按照发射光路依次设置有光源、消色差准直透镜、窗口片。接收单元按照接收光路依次设置有窄带滤光片和分别位于所述窄带滤光片两端的光敏器件、线阵CCD，以及同样设于所述接收单元的纠偏指示灯。
发射单元发射的光线入射接收单元，如果接收单元的入射光与接收单元的线阵CCD表面不垂直，所述入射光入射至所述光敏器件，则触发所述纠偏指示灯亮起，提示接收单元与发射单元存在偏角关系，可通过对所述尺寸测量传感器安装位置的调整将该偏角校正到0°。
本发明提供的尺寸测量传感器可以测得安装偏角的大小，反馈给安装者，减小安装误差。同时也可以根据偏角数据，修正测量值，提高检测精度。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1尺寸测量传感器接收单元入射光的一个状态示意图。
图2尺寸测量传感器接收单元入射光的一个状态示意图。
图3根据本发明实施例之一的尺寸测量传感器结构原理示意图。
图4根据本发明实施例之一的尺寸测量传感器结构原理示意图。
图5根据本发明实施例之一的尺寸测量传感器偏角校正流程图。
具体实施方式
尺寸测量传感器的测量原理如图1所示，光线从图的左边向右边照射，中间的圆形代表待测物体，光线照射到右边的CCD平板器件上。如图2所示，理想情况下，光线正入射到CCD表面，测得的尺寸就是目标物的实际尺寸。如果接收感光CCD元件在测量方向上发生倾斜，目标物的影子就被拉长，导致测量的宽度偏大。具体的计算可参考下式：
L'＝L/cosa (1)
其中a为感光元件偏角，L为实际值，L'为测量值。这种情况会导致测量数据的偏差，偏差量为：
Figure BDA0002913561510000031
目前没有很好的解决方案，一般是通过提高安装时的对准精度，或者安装完成后使用典型值进行比对，求得偏差量，然后对测量的数据进行补偿。但是由式(2)可见，随着宽度的增加，偏差也在增加。所以这种解决方案效果不理想。当前的主流尺寸测量传感器技术包括三种，分别是亮度检测方法、激光扫描方法、激光CCD尺寸测量方法。相比之下，利用线阵CCD作为接收面的检测方法更加稳定可靠，检测精度更高。
根据一个或者多个实施例，本发明提供了一种带纠偏功能的尺寸测量传感器，在窄带滤光片两端安装光敏器件。理想情况下，光线垂直入射到用于测量的感光器件表面，反射光与入射光方向相反，不会反射到光敏器件上；当光束与用于测量的感光器件表面不垂直时，光束将反射到光敏器件上，通过标定的光强数值，可以求得用于测量的感光器件偏角，提示操作者进行偏角校正。如果校正后仍有偏差，输出数据将以
L”＝L'·cos(a) (3)
的作为测量结果，以纠正用于测量感光器件的偏角带来的影响。
该实施例的技术要点包括：在窄带滤光片两端安装光敏器件，检测由用于测量的感光器件表面反射的光强数据，偏角越大，照射到光敏器件上的光强越大；在测量之前，建立光强与偏角的函数关系，在已知光强的情况下可求得偏角大小。
根据一个或者多个实施例，如图3所示的尺寸测量传感器，发射单元1包括光源101、消色差准直透镜102以及窗口片103，接收端2包括用作感光器件的线阵CCD201、窄带滤光片202、光敏器件203和204以及纠偏指示灯303和304。
在接收单元2的窄带滤光片202两端安装的光敏器件203和204，光敏器件边缘与窄带滤光片202边缘相接。理想情况下，光线垂直入射到CCD器件201表面，反射光与入射光方向相反，不会照射到光敏器件203或者204上。
如图4所示，当入射光方向与CCD表面不垂直时，光束将反射到光敏器件203或者204上，对应的指示灯303或304亮起，提示操作者修正偏角。如果偏角修正到0°，则指示灯熄灭。
光敏器件203或204受光量与偏角a的关系是：φ∝sina
据此可以建立光敏器件203或204信号强度与偏角a的准确关系式。此处的信号强度是指光敏器件203和204的差分信号，目的是减小环境光影响。如果最终都没有将偏角校正到0°，传感器则通过事先标定的光强数值，求得CCD相对于理想情况的偏角a，进一步的根据公式(3)修正测量值。
本实施例中的光敏器件可以是光敏二极管，也可以用其他光敏器件替代。CCD的表面玻璃反光，如果在接收内部采用其他器件反光，如镀有半反半透膜玻璃平板等部件。用于采样的CCD也可以是其他器件，如线阵CMOS。
根据一个或者多个实施例，一种带纠偏功能的尺寸测量传感器，在接收单元端2的窄带滤光片202两端安装光敏器件203和204，用于测量感光器件201选用线阵CCD。理想情况下，光线垂直入射到CCD器件201表面，反射光与入射光方向相反，不会照射到光敏器件203或者204上。当入射光方向与CCD表面不垂直时，光束将反射到光敏器件203或者204上，对应的指示灯303或304亮起，提示操作者修正偏角。如果偏角修正到0°，则指示灯熄灭。如果最终都没有将偏角校正到0°，传感器内的内置软件则通过事先标定的光强数值，求得CCD相对于理想情况的偏角a，进一步的根据公式(3)修正测量值。方法如图5所示。本实施例也适用于其他类型的尺寸测量传感器的纠偏，如二维尺寸测量传感器。
本发明技术方案带来的有益效果包括：
为尺寸测量传感器提供纠偏提示，作为现场安装校准的参考；
为尺寸测量传感器提供纠偏功能，减小人为引入的误差影响，提升检测精度。
值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (2)

1.一种带纠偏功能的尺寸测量传感器，其特征在于，所述尺寸测量传感器包括发射单元和接收单元，
发射单元按照发射光路依次设置有光源、消色差准直透镜、窗口片，
接收单元按照接收光路依次设置有窄带滤光片和分别位于所述窄带滤光片两端的光敏器件、线阵CCD，以及同样设于所述接收单元的纠偏指示灯，
发射单元发射的光线入射接收单元，如果接收单元的入射光与接收单元的线阵CCD表面不垂直，所述入射光入射至所述光敏器件，则触发所述纠偏指示灯亮起，提示接收单元与发射单元存在偏角关系，可通过对所述尺寸测量传感器安装位置的调整将该偏角校正到0°。
2.根据权利要求1所述的尺寸测量传感器，其特征在于，如果对于偏角校正后测量数据仍有偏差，则根据
L”＝L'·cos(a) (3)
对测量结果进行校正，其中a为感光元件偏角，L'为测量值，L”为校正值。
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