CN114383500A - 一种多参数检测方法与装置 - Google Patents
一种多参数检测方法与装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114383500A CN114383500A CN202011152313.0A CN202011152313A CN114383500A CN 114383500 A CN114383500 A CN 114383500A CN 202011152313 A CN202011152313 A CN 202011152313A CN 114383500 A CN114383500 A CN 114383500A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electric displacement
- displacement table
- measured
- light
- photoelectric detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 138
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 32
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 claims description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 2
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多参数检测方法与装置，属于光电检测技术领域。采用基于位置敏感光电探测器的高精度光电式边缘检测和精密电控位移台相结合的方法，可以实现镜面级表面物体的尺寸参数的非接触、高精度在线自动检测，设定参数下检测精度可达5微米；采用三角测距法实现镜面级表面物体的表面平面度的非接触、高精度在线自动检测，设定参数下检测精度可达1微米；在实现多参数同步检测的情况下，整个系统可以单个光源作为系统光源，探测单元高效复用，结构简单灵活。本发明所提方法可以解决目前已有检测方法分别存在的检测精度不高、可检测尺寸范围较小、材质受限、系统复杂等问题。
Description
技术领域
本发明属于光电检测技术领域，特别涉及一种实现物体多参数检测的方法与装置。
背景技术
对于诸如液晶屏、手机玻璃等玻璃类或者其他镜面级表面的产品或部件的尺寸、平面度等参数指标的高精度在线检测，在相关行业领域的生产、质量监控等各个环节具有广泛需求。由于此类产品表面严忌损伤，接触类检测方法基本无法采用，非接触类的物体尺寸参数在线检测方法有以下几种：基于检测光幕的在线检测方法、基于光电寻边和可量化传送装置的在线检测方法以及基于机器视觉的在线检测方法。
上述几种方法各有其优点，也存在各自的问题，基于检测光幕的方法存在检测精度不高(毫米量级)、不适于高透光率材质、可检测尺寸范围受限于结构不能过大等不足；基于光电寻边和可量化传送装置的方法在检测范围上具有优势，但检测精度受限于目前的寻边方法精度不够高；基于机器视觉的方法检测精度和效率均可以做到很高，但是对于镜面反射、高透过率材质也存在图像边缘识别难度大、易受杂散光影响等问题，高检测精度是以系统复杂及高成本为代价的。
综合以上，对于玻璃类材质或者其他镜面级表面的检测目标，目前非接触的检测方法仅有机器视觉技术可以在检测精度和检测效率上满足当前在线检测的需求，该类方法在轮廓参数检测方面具有效率优势，但是无法检测表面平面度，需要集成激光测距系统，导致整个检测系统结构更加复杂、价格昂贵。已有的基于光电寻边和可量化传送装置的方法也可以对玻璃参数进行检测，并且与激光测距系统的可集成性高，但检测精度受限于目前的寻边方法精度不够高。
发明内容
针对现有玻璃类材质或者其他镜面级表面的检测目标多参数在线检测方法存在的检测精度不高、系统复杂、价格高等问题，本发明提出一种基于光电技术的镜面级表面物体多参数检测方法与装置，物体尺寸参数的检测采用基于位置敏感光电探测器的高精度光电式边缘检测和精密电控位移台相结合的方法，物体表面平面度的检测采用三角法测距方法，整个系统可以单个光源作为系统光源，结构简单灵活，检测精度高。
为解决上述问题，本发明提出一种多参数检测方法，其实现步骤如下：
1、光源发出光束，光源、准直器和光阑沿光束依次排列，光束经准直器准直；
2、准直后的光束经光阑整形，使其横截面成为设定形状尺寸的光斑；
3、经光阑整形后出射的准直光束作为测量光束，或经待测物体表面反射后，垂直入射到位置敏感光电探测器感光面上，光斑尺寸小于所述位置敏感光电探测器感光面，测量光束在所述位置敏感光电探测器上的光斑强度中心位于所述位置敏感光电探测器感光面中心；
4、待测物体固定于电动位移台运动副上，电动位移台运动副可沿电动位移台直线导轨移动，当电动位移台控制单元给电动位移台驱动单元发送驱动脉冲序列时，所述电动位移台运动副由电动位移台驱动单元驱动沿电动位移台直线导轨移动，为保证测量精度，所述待测物体待测尺寸方向平行于所述电动位移台运动副的运动方向；
5、在待测物体沿电动位移台直线导轨移动过程中，当待测物体的前边缘导致位置敏感光电探测器感光面上产生不完整光斑时，光斑中心位置值随待测物体移动发生变化，位置敏感光电探测器将光斑位置信息作为识别信号输出给电动位移台控制单元，所述电动位移台控制单元可计算光斑位置值并同边缘识别阈值以及中心识别阈值进行比较，所述的电动位移台控制单元通过对识别信号进行判别是否达到设定边缘识别阈值I，判定后开始脉冲计数；
6、待测物体沿电动位移台直线导轨继续移动，当待测物体表面反射到位置敏感光电探测器上的光斑形状完整时，所述的电动位移台控制单元通过对识别信号进行判别是否达到设定中心识别阈值，判定后开始采集随待测物体移动而变化的位置敏感光电探测器上的光斑位置信息，并将其作为待测物体表面平面度信息发送给数据处理终端；
7、待测物体沿电动位移台直线导轨继续移动，当待测物体的后边缘导致位置敏感光电探测器上的光斑形状再次不完整时，所述电动位移台控制单元对识别信号再次进行判别是否达到设定边缘识别阈值II，判定后终止脉冲计数，并将脉冲计数结果发送给数据处理终端；
8、所述数据处理终端根据脉冲数、电动位移台步进电机步距角、电动位移台螺杆螺距及电动位移台驱动单元设定的细分参数，可以计算获得待测物体沿电动位移台运动方向的尺寸参数；所述数据处理终端根据光斑位置变化信息以及测量光束、待测物体表面和位置敏感光电探测器三者的光路结构参数，可以计算获得待测物体沿电动位移台运动方向的平面度参数。
本发明提出实现上述多参数检测方法的测量装置。
装置包括光源、准直器、光阑、位置敏感光电探测器、电动位移台运动副、电动位移台直线导轨、电动位移台控制单元、电动位移台驱动单元和数据处理终端；其特征在于：所述光源可以采用激光器、激光二极管或发光二极管；所述准直器可以是单透镜或透镜组，并且所述准直器在特定情况下可舍去；为提高边缘检测灵敏度，所述光阑通光孔形状可根据待测物体边缘特征进行选择，可以是针对直线边缘的矩形或者曲线边缘的椭圆形等，所述光阑在特定情况下可舍去；所述位置敏感光电探测器可以是连续式位置敏感光电探测器、象限式位置敏感光电探测器或CCD，以上探测器可以是一维，也可以是二维的，以上探测器可以带有信号放大调理电路也可以不带有；所述电动位移台运动副可以是基于机械导轨也可以是基于气浮导轨；所述数据处理终端可以是计算机或者其他任何具有数据采集、存储、运算和显示功能的系统。光源发出光束，所述光源、准直器、光阑沿光束依次排列，光束与准直器的轴线以及光阑的轴线重合，光束经准直器准直；准直后的光束经光阑整形，使其横截面成为设定形状尺寸的光斑；经光阑整形后的准直光束作为测量光束，经待测物体表面反射后，垂直入射到位置敏感光电探测器感光面上，光斑尺寸小于所述位置敏感光电探测器感光面，测量光束在所述位置敏感光电探测器上的光斑强度中心位于所述位置敏感光电探测器感光面中心；所述待测物体固定于电动位移台运动副上，电动位移台运动副可沿电动位移台直线导轨移动，当电动位移台控制单元给电动位移台驱动单元发送驱动脉冲序列时，所述电动位移台运动副由电动位移台驱动单元驱动，按设定参数沿电动位移台直线导轨移动；所述光源、准直器和光阑与所述位置敏感光电探测器位于所述待测物体同侧，测量光束经待测物体表面反射到所述位置敏感光电探测器，所述待测物体表面可以是上表面或者两个侧面，所述待测物体待测尺寸方向平行于所述电动位移台运动副的运动方向；在待测物体沿电动位移台直线导轨移动过程中，当待测物体的前边缘导致位置敏感光电探测器感光面上产生不完整光斑时，光斑中心位置值随待测物体移动发生变化，所述位置敏感光电探测器将光斑位置信息作为识别信号输出给电动位移台控制单元，所述电动位移台控制单元可计算光斑位置值并同边缘识别阈值以及中心识别阈值进行比较，所述电动位移台控制单元通过对识别信号进行判别是否达到设定边缘识别阈值I，判定后开始脉冲计数；所述待测物体沿电动位移台直线导轨继续移动，当待测物体表面反射到位置敏感光电探测器上的光斑形状完整时，所述的电动位移台控制单元通过对识别信号进行判别是否达到设定中心识别阈值，判定后开始采集随待测物体移动而变化的位置敏感光电探测器上的光斑位置信息，并将其作为待测物体表面平面度信息发送给数据处理终端；所述待测物体沿所述电动位移台直线导轨继续移动，当待测物体的后边缘导致位置敏感光电探测器上的光斑形状再次不完整时，所述电动位移台控制单元对边缘识别信号再次进行判别是否达到设定边缘识别阈值II，判定后终止脉冲计数，并将脉冲计数结果发送给数据处理终端；所述数据处理终端根据脉冲数、电动位移台步进电机步距角、电动位移台螺杆螺距及电动位移台驱动单元设定的细分参数，可以计算获得待测物体沿电动位移台运动方向的尺寸参数；所述数据处理终端根据光斑位置变化信息以及测量光束、待测物体表面和位置敏感光电探测器三者的光路结构参数，可以计算获得待测物体沿电动位移台运动方向的平面度参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明采用基于位置敏感光电探测器的高精度光电式边缘检测和精密电控位移台相结合的方法，可以实现镜面级表面物体的尺寸参数的非接触、高精度在线自动检测，设定参数下检测精度可达5微米。
2、本发明采用三角测距法实现镜面级表面物体的表面平面度的非接触、高精度在线自动检测，设定参数下检测精度可达1微米。在实现多参数同步检测的情况下，整个系统可以单个光源作为系统光源，探测单元高效复用，结构简单灵活，检测精度高，解决目前已有检测方法分别存在的检测精度不高、可检测尺寸范围较小、材质受限、系统复杂等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为实施例1中待测物体多参数检测系统示意图；
图2为实施例1中待测物体边缘A检测状态示意图；
图3为实施例1中待测物体边缘B检测状态示意图；
图4为实施例1中待测物体表面平面度检测原理图；
图5为实施例3中多探头同步检测示意简图。
图中，1为光源，2为准直器，3为光阑，4为位置敏感光电探测器，5为待测物体，6为电动位移台运动副，7为电动位移台直线导轨，8为电动位移台控制单元，9为电动位移台驱动单元，10为数据处理终端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付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。
实施例1：如图1所示，实现一种多参数检测方法包括以下步骤：
1、光源1发出光束，光源1、准直器2和光阑3沿光束依次排列，光束与准直器2的轴线以及光阑3的轴线重合，光束经准直器2准直；
2、准直后的光束经光阑3整形，为提高边缘检测灵敏度，所述光阑3通光孔形状可根据待测物体边缘特征进行选择，可以是针对直线边缘的矩形或者曲线边缘的椭圆形等，整形后光束横截面形成的光斑尺寸和形状与光阑3中心尺寸和形状相对应，使其横截面成为设定形状尺寸的光斑；
3、经光阑3整形后出射的准直光束作为测量光束，通过待测物体5表面反射后，垂直入射到位置敏感光电探测器4感光面上，光斑尺寸小于所述位置敏感光电探测器4感光面，测量光束在位置敏感光电探测器4上的光斑强度中心位于位置敏感光电探测器4感光面中心；
根据位置敏感光电探测器的基本作用机制及设计结构，光斑强度中心在位置敏感光电探测器4感光面给定方向上的相对位置可表示为：
x表示光斑强度中心在位置敏感探测器感光面给定方向上相对于感光面中心的位置，Lx表示位置敏感光电探测器感光面在x方向的宽度，Ix+与Ix-分别表示位置敏感光电探测器的给定方向的两个输出电流信号，其数值大小与光斑强度大小及光斑强度中心在位置敏感光电探测器4感光面上的位置有关。如图1所示，当光斑强度中心位于位置敏感光电探测器4感光面中心时，Ix+与Ix-的数值相等，由(1)式，光斑当前相对位置值为0(小于设定的零点阈值I)；
4、待测物体5固定于电动位移台运动副6上，电动位移台运动副6可沿电动位移台直线导轨7移动，当电动位移台控制单元8给电动位移台驱动单元9发送驱动脉冲序列时，电动位移台运动副6由电动位移台驱动单元9驱动，按设定参数沿电动位移台直线导轨7移动；所述光源1、准直器2和光阑3与所述位置敏感光电探测器4位于所述待测物体5同侧，所述待测物体5同侧是指物体上表面的同侧，为保证测量精度，待测物体5待测尺寸方向应平行于电动位移台运动副6的运动方向，若光斑形状为圆光斑，测量光束到待测物体表面的入射方向可根据情况任意设置，若光斑形状为根据待测物体5边缘特征整形后的矩形或椭圆光斑，测量光束到待测物体表面的入射方向应使光斑特征边缘与待测物体5特征边缘吻合；
5、初始时使测量光束从待测物体端面旁通过，此时待测物体边缘A与测量光束未发生接触，测量光束未被反射，位置敏感光电探测器4感光面上没有光斑，位置敏感光电探测器4输出的光电流值为0(小于设定的零点阈值II)，系统处于待机状态；待测物体5沿电动位移台直线导轨7移动，如图2所示，开始有部分测量光束经过待测物体5边缘A附近表面反射到位置敏感光电探测器4的感光面上形成不完整的光斑，由(1)式，光斑中心位置值随待测物体5移动发生变化，位置敏感光电探测器4将光斑位置信息作为识别信号输出给电动位移台控制单元8，电动位移台控制单元8可计算光斑位置值并同边缘识别阈值以及中心识别阈值进行比较，边缘识别阈值可通过系统标定最终确定，电动位移台控制单元8通过对识别信号进行判别是否达到设定边缘识别阈值I，判定后开始脉冲计数；
6、待测物体5沿电动位移台直线导轨7继续移动，当待测物体5表面反射到位置敏感光电探测器4上的光斑形状完整时，所述的电动位移台控制单元8通过对识别信号进行判别是否达到设定中心识别阈值，中心识别阈值是在零点阈值I的基础上结合待测物体5表面平面度误差通过系统标定最终确定，判定后开始采集随待测物体5移动而变化的位置敏感光电探测器4上的光斑位置信息，并将其作为待测物体5表面平面度信息发送给数据处理终端10；
7、待测物体5沿电动位移台直线导轨7继续移动，如图3所示，开始有部分测量光束无法经过待测物体5后边缘B附近表面反射到位置敏感光电探测器4的感光面上，导致位置敏感光电探测器4感光面上的光斑形状不完整，由(1)式，光斑中心位置值随待测物体5移动发生变化，电动位移台控制单元8对识别信号再次进行判别是否达到设定边缘识别阈值II，判定后终止脉冲计数，并将脉冲计数结果发送给数据处理终端10；
8、所述数据处理终端10根据脉冲数、电动位移台步进电机步距角、电动位移台螺杆螺距及电动位移台驱动单元9设定的细分参数，由(2)式，可以计算获得待测物体5沿电动位移台运动副6运动方向的尺寸参数。
X表示待测物体沿电动位移台运动副运动方向的尺寸参数，n表示脉冲数，s表示电动位移台螺杆螺距，A表示电动位移台步进电机步距角，m表示电动位移台驱动单元设定的细分参数。
所述数据处理终端10根据光斑位置变化信息以及如图4所示的测量光束、待测物体5表面和位置敏感光电探测器4三者的光路结构参数，由(3)式，可以计算获得待测物体5沿电动位移台运动方向的平面度参数。
Δx＝2h sin α (3)
Δx表示测量光束在位置敏感探测器4上的光斑发生的位置变化，h表示待测物体5表面的起伏变化量，即平面度误差，α表示测量光束在入射点处与待测物体5表面法线间的夹角。
为了验证方法的可行性，针对图1所示方法及装置，进行标定实验和稳定性实验。以单模光纤耦合半导体激光器为光源，在选用日本滨松S2044位置敏感光电探测器、北京大恒光电GCD-203300M电动位移台及基于气浮导轨的实验条件下，尺寸参数检测精度优于5微米，平面度参数检测精度可达到1微米。
由于各种因素引起的光源输出光功率变化对Ix+和Ix-的影响是同步且同比例的，由(1)式可知，这些外界扰动不会影响位置敏感光电探测器4的光斑位置输出值，因此上述基于位置信息进行边缘识别检测的方法具有很高的抗干扰能力。
此外，由位置敏感光电探测器的基本作用机制及(1)式可知，光阑3通光孔形状根据待测物体边缘特征进行选择的设计可以明显提高边缘检测的灵敏度和稳定性。因此，除了限制测量光束在位置敏感光电探测器4上的光斑尺寸不超出感光面，以保证实现上述边缘识别检测，针对不同待测物体边缘特征，通过特定光阑对测量用准直光束进行相应整形，减小上述边缘检测方法中光斑缺损方向的光斑尺寸，增大另一相垂直方向尺寸，可以明显提高边缘检测的灵敏度和稳定性。但是，在测量光束光斑尺寸不大于位置敏感光电探测器感光面的前提下，当设定边缘识别阈值的数值大小与光斑半缺损时的位置值相差不大时，光阑整形对灵敏度和稳定性指标的改善作用减弱，可省去光阑安装。
不同结构类型的位置敏感光电探测器4虽然在位置表达公式的形式上与(1)式略有不同，但其基本工作原理相同，不再一一阐述。
实施例2：不同于实施例1的是，所述步骤4中，所述待测物体5同侧是指物体某一侧面的同侧；
其余检测方法与实施例1相同。
实施例3：如图5所示，不同于实施例1和2的是，有两束或多束测量光束和对应的两个或多个位置敏感探测器同时按实施例1或2实施检测；所述的两束或多束测量光束可以来自两个或多个独立光源，也可以来自一个光源及对应的分束装置；本实施例通过对待测物体5不同位置的同时检测，可以更准确地检测待测物体5的尺寸参数及是否存在形状缺陷，同时由于对待测物体5表面的多行检测，平面度参数检测也更加全面准确。
实施例4：不同于实施例1、2、3的是，测量光束和位置敏感光电探测器4构成的光电测量结构与待测物体5之间可以横向相对移动，所述横向相对移动是指移动方向垂直于电动位移台直线导轨7；按实施例1或2或3检测完成一次后，进行一次所述横向相对移动，通过电动位移台控制单元8改变电动位移台运动副6的运动方向，反向重复进行一次实施例1或2或3，按此方式可往复进行多次；本实施例通过也可以更准确地检测待测物体5的尺寸参数及是否存在形状缺陷，同时对待测物体5表面平面度参数检测也更加全面准确。
实施例5：所述光源1为激光器、激光二极管或发光二极管，光源出射的光束截面光场强度分布稳定性越高，检测精度越高；所述准直器可以是单透镜或透镜组，测量光束的准直度越高，测量光束行程可选择余地越大，各种因素导致的光程变化对检测精度的影响也越小时，可根据不同光路结构及检测精度要求选择是否安装准直器；在测量光束光斑尺寸不大于所述位置敏感光电探测器感4光面的前提下，若对检测灵敏度和稳定性要求不高，可省去光阑安装；所述位置敏感光电探测器4为连续式位置敏感光电探测器、象限式位置敏感光电探测器或CCD，以上探测器可以是一维，也可以是二维的，以上探测器可以带有信号放大调理电路也可以不带有；所述电动位移台运动副可以是基于机械导轨也可以是基于气浮导轨。
其余检测方法与实施例1或2或3或4相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多参数检测方法，包括以下步骤：
①光源(1)发出光束，光源(1)、准直器(2)和光阑(3)沿光束依次排列，光束经准直器(2)准直；
②准直后的光束经光阑(3)整形，使其横截面成为设定形状尺寸的光斑；
③经光阑(3)整形后出射的准直光束作为测量光束，通过待测物体(5)表面反射后，垂直入射到位置敏感光电探测器(4)感光面上，光斑尺寸小于所述位置敏感光电探测器(4)感光面，测量光束在所述位置敏感光电探测器(4)上的光斑强度中心位于所述位置敏感光电探测器(4)感光面中心，光斑当前相对位置值为0(小于设定的零点阈值I)；
④待测物体(5)固定于电动位移台运动副(6)上，电动位移台运动副(6)可沿电动位移台直线导轨(7)移动，当电动位移台控制单元(8)给电动位移台驱动单元(9)发送驱动脉冲序列时，所述电动位移台运动副(6)由电动位移台驱动单元(9)驱动沿电动位移台直线导轨(7)移动，为保证测量精度，所述待测物体(5)待测尺寸方向平行于所述电动位移台运动副(6)的运动方向；
⑤初始时使测量光束从待测物体(5)端面旁通过，此时待测物体(5)与测量光束未发生接触，测量光束未被反射，位置敏感光电探测器(4)感光面上没有光斑，位置敏感光电探测器4输出的光电流值为0(小于设定的零点阈值II)，系统处于待机状态；随着待测物体(5)沿电动位移台直线导轨(7)的移动，开始有部分测量光束经过待测物体(5)前边缘A附近表面反射到位置敏感光电探测器(4)的感光面上形成不完整的光斑，光斑中心位置值随待测物体(5)移动发生变化，位置敏感光电探测器(4)将光斑位置信息作为识别信号输出给电动位移台控制单元(8)，所述电动位移台控制单元(8)可计算光斑位置值并同边缘识别阈值以及中心识别阈值进行比较，所述的电动位移台控制单元(8)通过对识别信号进行判别是否达到设定边缘识别阈值I，判定后开始脉冲计数；
⑥待测物体(5)沿电动位移台直线导轨(7)继续移动，当待测物体(5)表面反射到位置敏感光电探测器(4)上的光斑形状完整时，所述的电动位移台控制单元(8)通过对识别信号进行判别是否达到设定中心识别阈值，判定后开始采集随待测物体(5)移动而变化的位置敏感光电探测器上(4)的光斑位置信息，并将其作为待测物体(5)表面平面度信息发送给数据处理终端(10)；
⑦待测物体(5)沿电动位移台直线导轨(7)继续移动，开始有部分测量光束无法经过待测物体(5)后边缘B附近表面反射到位置敏感光电探测器(4)的感光面上，导致位置敏感光电探测器(4)上的光斑形状不完整，所述电动位移台控制单元(8)对边缘识别信号再次进行判别是否达到设定边缘识别阈值II，判定后终止脉冲计数，并将脉冲计数结果发送给数据处理终端(10)；
⑧所述数据处理终端(10)根据脉冲数、电动位移台步进电机步距角、电动位移台螺杆螺距及电动位移台驱动单元(9)设定的细分参数，可以计算获得待测物体(5)沿电动位移台运动方向的尺寸参数。所述数据处理终端(10)根据光斑位置变化信息以及测量光束、待测物体(5)表面和位置敏感光电探测器(4)三者的光路结构参数，可以计算获得待测物体(5)沿电动位移台运动方向的平面度参数。
2.一种实现权利要求1所述多参数检测方法的检测装置，包括：光源(1)、准直器(2)、光阑(3)、位置敏感光电探测器(4)、电动位移台运动副(6)、电动位移台直线导轨(7)、电动位移台控制单元(8)、电动位移台驱动单元(9)和数据处理终端(10)；其特征在于：光源(1)发出光束，所述光源(1)、准直器(2)和光阑(3)沿光束依次排列，光束与准直器(2)的轴线以及光阑(3)的轴线重合，光束经准直器(2)准直；准直后的光束经光阑(3)整形，整形后光束横截面形成的光斑尺寸和形状与光阑(3)中心尺寸和形状相对应，成为设定形状尺寸的光斑；经光阑(3)整形后的准直光束作为测量光束经待测物体(5)表面反射后，垂直入射到位置敏感光电探测器(4)感光面上，光斑尺寸小于所述位置敏感光电探测器(4)感光面，测量光束在所述位置敏感光电探测器(4)上的光斑强度中心位于所述位置敏感光电探测器(4)感光面中心，光斑当前相对位置值为0(小于设定的零点阈值I)；所述待测物体(5)固定于电动位移台运动副(6)上，电动位移台运动副(6)可沿电动位移台直线导轨(7)移动，当电动位移台控制单元(8)给电动位移台驱动单元(9)发送驱动脉冲序列时，所述电动位移台运动副(6)由电动位移台驱动单元(9)驱动，按设定参数沿电动位移台直线导轨(7)移动；所述光源(1)、准直器(2)和光阑(3)与所述位置敏感光电探测器(4)位于所述待测物体(5)同侧，测量光束经待测物体(5)表面反射到所述位置敏感光电探测器(4)，所述待测物体(5)表面可以是上表面或者两个侧面，为保证测量精度，所述待测物体(5)待测尺寸方向平行于所述电动位移台运动副(6)的运动方向，若光斑形状为圆光斑，测量光束到待测物体表面的入射方向可根据情况任意设置，若光斑形状为根据待测物体(5)边缘特征整形后的矩形或椭圆光斑，测量光束到待测物体(5)表面的入射方向应使光斑特征边缘与待测物体(5)特征边缘吻合；初始时使测量光束从待测物体(5)端面旁通过，此时待测物体(5)与测量光束未发生接触，测量光束未被反射，位置敏感光电探测器(4)感光面上没有光斑，位置敏感光电探测器4输出的光电流值为0(小于设定的零点阈值II)，系统处于待机状态；随着待测物体(5)沿电动位移台直线导轨(7)的移动，开始有部分测量光束经过待测物体(5)前边缘A附近表面反射到位置敏感光电探测器(4)的感光面上形成不完整的光斑，光斑中心位置值随待测物体(5)移动发生变化，所述位置敏感光电探测器(4)将光斑位置信息作为识别信号输出给电动位移台控制单元(8)，所述电动位移台控制单元(8)可计算光斑位置值并同边缘识别阈值以及中心识别阈值进行比较，边缘识别阈值可通过系统标定最终确定，所述电动位移台控制单元(8)通过对识别信号进行判别是否达到设定边缘识别阈值I，判定后开始脉冲计数；待测物体(5)沿电动位移台直线导轨(7)继续移动，当待测物体(5)表面反射到位置敏感光电探测器(4)上的光斑形状完整时，所述的电动位移台控制单元(8)通过对识别信号进行判别是否达到设定中心识别阈值，中心识别阈值是在零点阈值I的基础上结合待测物体(5)表面平面度误差通过系统标定最终确定，判定后开始采集随待测物体(5)移动而变化的位置敏感光电探测器(4)上的光斑位置信息，并将其作为待测物体(5)表面平面度信息发送给数据处理终端(10)；所述待测物体(5)沿电动位移台直线导轨(7)继续移动，开始有部分测量光束无法经过待测物体(5)后边缘B附近表面反射到位置敏感光电探测器(4)的感光面上，导致位置敏感光电探测器(4)上的光斑形状不完整，所述电动位移台控制单元(8)对识别信号再次进行判别是否达到设定边缘识别阈值II，判定后终止脉冲计数，并将脉冲计数结果发送给数据处理终端(10)；所述数据处理终端(10)根据脉冲数、电动位移台步进电机步距角、电动位移台螺杆螺距及电动位移台驱动单元设定的细分参数，可以计算获得待测物体(5)沿电动位移台运动方向的尺寸参数。所述数据处理终端(10)根据光斑位置变化信息以及测量光束、待测物体(5)表面和位置敏感光电探测器(4)三者的光路结构参数，可以计算获得待测物体(5)沿电动位移台运动方向的平面度参数。
3.如权利要求1和权利要求2所述的多参数检测方法和装置，其特征在于，所述步骤4中，所述待测物体(5)同侧是指物体某一侧面的同侧。
4.如权利要求1～3任意一项所述的多参数检测方法和装置，其特征在于，有两束或多束测量光束和对应的两个或多个位置敏感探测器同时实施检测；所述的两束或多束测量光束可以来自两个或多个独立光源，也可以来自一个光源及对应的分束装置。
5.如权利要求1～4任意一项所述的多参数检测方法和装置，其特征在于，测量光束和位置敏感光电探测器构成的光电测量结构与待测物体(5)之间可以横向相对移动，所述横向相对移动是指移动方向垂直于电动位移台直线导轨(7)；检测完成一次后，进行一次所述横向相对移动，通过电动位移台控制单元(8)改变电动位移台运动副(6)的运动方向，反向重复进行检测，按此方式可往复进行多次。
6.如权利要求1～5任意一项所述的多参数检测方法和装置，其特征在于，所述光源(1)可以是激光器、激光二极管或发光二极管；所述准直器(2)可以是单透镜或透镜组，并且所述准直器(2)在特定情况下可省去；所述光阑(3)通光孔形状可根据待测物体(5)边缘特征进行选择，可以是针对直线边缘的矩形或者曲线边缘的椭圆形等，并且所述光阑(3)在特定情况下可省去；所述位置敏感光电探测器(4)可以是连续式位置敏感光电探测器、象限式位置敏感光电探测器或CCD，以上探测器可以是一维，也可以是二维的，以上探测器可以带有信号放大调理电路也可以不带有；所述电动位移台运动副(6)可以是基于机械导轨也可以是基于气浮导轨；所述数据处理终端(10)可以是计算机或者其他任何具有数据采集、存储、运算和显示功能的系统。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011152313.0A CN114383500A (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种多参数检测方法与装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011152313.0A CN114383500A (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种多参数检测方法与装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114383500A true CN114383500A (zh) | 2022-04-22 |
Family
ID=81194770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011152313.0A Pending CN114383500A (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种多参数检测方法与装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114383500A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116921882A (zh) * | 2023-08-01 | 2023-10-24 | 广州市博泰光学科技有限公司 | 一种高清镜片切割预加工系统及其加工方式 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111721235A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-09-29 | 郑州轻工业大学 | 一种光电式边缘检测系统及其检测方法 |
-
2020
- 2020-10-20 CN CN202011152313.0A patent/CN114383500A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111721235A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-09-29 | 郑州轻工业大学 | 一种光电式边缘检测系统及其检测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 郝敏;: "二维精密工作台测量系统设计", 硅谷, no. 17 * |
| 韩金玉 等: "应用位置敏感探测器检测平面度的方法研究", 《组合机床与自动化加工技术》, pages 82 - 85 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116921882A (zh) * | 2023-08-01 | 2023-10-24 | 广州市博泰光学科技有限公司 | 一种高清镜片切割预加工系统及其加工方式 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6222628B1 (en) | Surface characteristics measurement system and method | |
| US3986774A (en) | Gauging surfaces by remotely tracking multiple images | |
| US8654353B2 (en) | Measuring method for topography of moving specimen and a measuring apparatus thereof | |
| CN111721235B (zh) | 一种光电式边缘检测系统及其检测方法 | |
| CN108332708A (zh) | 激光水平仪自动检测系统及检测方法 | |
| CN102589854B (zh) | 反射式差动共焦透镜焦距测量方法 | |
| CN101793500B (zh) | 差动共焦透镜中心厚度测量方法与装置 | |
| CN104613881A (zh) | 一种基于双面共焦的透镜中心厚度测量装置及测量方法 | |
| CN109596070B (zh) | 一种通用面式非接触传感器的光学平行校准装置及方法 | |
| CN105157584A (zh) | 一种非接触式物体厚度的在线测量装置及方法 | |
| CN101922919A (zh) | 一种光学零件几何参数非接触测量方法及其测量装置 | |
| CN117006958A (zh) | 一种高深径比小孔内表面几何特征精密测量方法 | |
| CN105103027A (zh) | 光学系统中的焦点和其他特征的测量 | |
| CN112432766A (zh) | 一种激光扫描振镜性能检测方法 | |
| CN111638226B (zh) | 检测方法、图像处理器以及检测系统 | |
| CN114383500A (zh) | 一种多参数检测方法与装置 | |
| CN112710256B (zh) | 扫描光栅微镜的机电性能测试系统及方法 | |
| CN111964580A (zh) | 一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置及方法 | |
| JPH02278103A (ja) | 印刷回路基板の三次元検査方法及び装置 | |
| CN208187381U (zh) | 激光水平仪自动检测系统 | |
| CN112325769A (zh) | 一种尺寸参数检测方法与装置 | |
| CN1384333A (zh) | 一种产品表面多参数非接触离焦检测的光纤传感器 | |
| EP0481387B1 (en) | Photosensor device | |
| CN113405478A (zh) | 一种透明材料厚度测量方法 | |
| CN110202414B (zh) | 一种基于光学倏逝波的非接触式高精度对刀系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220422 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |