CN1563886A - 一种激光扫描直径测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种激光扫描直径测量方法及系统，该方法是将激光光源发出的准直激光束通过非对称扫描转镜偏转、形成扫描光束，扫描光束扫描待测工件后，通过接收物镜，由光电接收器接收，通过测量激光束经转镜两反射面扫描待测工件后形成的阴影宽度，通过特定测量方程可求得工件直径d。该系统由准直激光源、非对称扫描转镜、接收物镜、光电接收器依次相互连接组成，光电接收器还通过信号线与智能仪表相连接。本发明使用了一个非对称的扫描转镜且无扫描物镜，通过特定的测量方程实现计算机数值补偿并消除系统误差，制造简单，工作稳定性好，可靠性高，安装调试及维护方便，成本低。

Description

一种激光扫描直径测量方法及系统

                            技术领域

本发明涉及几何量光学测量技术领域，具体是指一种激光扫描直径测量方法及系统。

                            背景技术

已有的激光扫描直径测量系统由激光光源、准直镜、反射转镜、扫描物镜、接收物镜和光电器件依次相互连接组成，光电接收器还通过信号线与计算机相连接。系统工作时，激光光源发出的光线经准直镜准直，投射在偏转镜上成为偏转光线，再经扫描物镜后扫描被测工件，扫描光线被待测量工件遮挡形成阴影，该阴影宽度与工件直径相对应，系统数据处理单元根据式(1)得出被测物件直径值d，式中：K为常数，θ为扫描工件偏转角。

d＝K·θ

已有测量方法及系统在实践应用中，存在以下问题：

1.测量系统的精度很大程度上取决于线性扫描物镜的精度，而该物镜的制造和安装都比较困难，测量时受温度影响较大；

2.测量系统的测量范围受扫描物镜口径限制，当用于大尺寸测量场合时，制造成本大幅度增加；

3.对于大尺寸或中等测量精度(比如允差10微米以上)的应用而言，已有测量方法及系统的制造和使用成本显得比较高，当用于大尺寸测量时，实现起来比较困难，性能价格比低，限制了该类非接触测量技术的推广使用。

                            发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种简便的可用于一般工业场合的激光扫描直径测量方法及系统。该系统制作工艺简单，安装调试方便、容易扩充测量范围，经济的性能价格比使其能够更有效地推广至各类圆形线材生产的检测控制过程。

本发明通过如下技术方案来实现：所述一种激光扫描直径测量方法，是将激光光源发出的准直激光束通过非对称扫描转镜偏转、形成扫描光束，扫描光束扫描待测工件后，通过接收物镜，由光电接收器接收，采用下式测量得到工件外径d：

d＝2·t·sin(θ₂/2)·sin(θ₃/2)/(sin(θ₃/2)-sin(θ₂/2))

其中：t是一个常数，为非对称扫描转镜两反射面到转镜旋转中心的距离之差，θ₂、θ₃分别为非对称扫描转镜两反射面相对于待测工件的扫描角。

所述一种激光扫描直径测量系统由准直激光源、非对称扫描转镜、接收物镜、光电接收器依次相互连接组成，光电接收器还通过信号线与智能仪表相连接。

为了更好地实现本发明，所述非对称扫描转镜由两个反射面组成，两反射面相对于扫描转轴中心距离不相等，为非对称安装；所述非对称扫描转镜与准直激光源之间增加安装有光束偏折作用的反射镜；所述接收物镜是反射式或折射式或上述两者的组合，在待测工件直径比较大的情况下，可以采用两个或两个以上接收物镜的组合(此时使用单独一个接收物镜，加工比较困难)；所述光电接收器前可以加装滤光片或保护性玻璃或两者的组合或其它透明或非透明材料制作的防尘、防冲击或防热/湿防护装置；所述非对称扫描转镜包括两边长不等的长方形反射镜或边长不等的三角形反射镜(这些都属于不对称反射面显而易见的变形，如使用两边长不等的长方形反射镜，其相邻两反射面可视为一对不对称反射面，仍不失为一种有效的结构)。

本发明的特点是采用了一个非对称扫描转镜，无需已有技术的扫描物镜，该测量方法在理论和技术上消除了原理误差的影响，制造、安装与维护方便，制造成本相对降低，适合大尺寸测量，便于推广应用，可用于轴、管及类似线材的外径测量。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本发明使用了独特的非对称转镜扫描方法，排除了扫描物镜，原理误差可通过智能仪表计算补偿。

2.本发明只需一个单元独立使用(如果希望进一步提高测量精度，也可考虑成对测量单元使用)，结构简洁，影响测量的敏感环节减少，实际使用的工作稳定性好，可靠性提高。

3.本发明的测量范围容易扩大，并通过计算机数值补偿可使测量达到满足要求的精度，适合大尺寸、中等精度在线测量使用，系统稳定性能好。

4.本发明制造、使用及维护更加简单方便。

5.本发明制造成本有效降低，便于推广应用。

                          附图说明

图1是本发明的基本测量原理图；

图2是图1另一投影平面的工作示意图；

图3是现有技术的测量原理图。

图4是本发明实施例中非对称扫描转镜的原理结构示意图；

图5和6是本发明中非对称扫描转镜另外两种结构示意图。

                          具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进二步地详细说明。

如图1和2所示，本发明由准直激光源1、非对称扫描转镜(由反射面2、3组成，各反射面相对于扫描转轴中心距离不相等，各反射面关于转轴中心线呈非对称安装)、接收物镜5、光电接收器6依次相互连接组成，光电接收器6还通过信号线与智能仪表相连接。非对称扫描转镜与准直激光源1之间可以增加安装有光束偏折作用的反射镜；接收物镜5是反射式或折射式或上述两者的组合；光电接收器6前可以加装滤光片或保护性玻璃或两者的组合或其它透明或非透明材料制作的防尘、防冲击或防热/湿防护装置。如图4所示，非对称扫描转镜中的反射面2和3相对于旋转中心O非对称。如图5所示，非对称扫描转镜也可以采用两边长不等的长方形反射镜的形式，其相邻两反射面9和11、10和12均可视为一对不对称反射面，相对于旋转中心O非对称，仍不失为一种有效的结构。如图6所示，非对称扫描转镜还可以采用边长不等的三角形反射镜的形式，其相邻两反射面13和14、15和14均可视为一对不对称反射面。相对于旋转中心O非对称。事实上，本发明也可使用各种具有非对称反射面对的锥体反射转镜，取代柱体反射转镜。

工作时，准直激光源1发出的准直激光束经非对称扫描转镜(由反射面2、3组成)偏转、形成扫描光束，扫描光束扫描待测工件4后，经接受物镜5，由其后的光电接收器6接收，前置电路将光电接收信号预处理后送智能仪表，智能仪表测量激光束扫描工件后形成的阴影宽度，可求得待测工件外径d。已知非对称扫描转镜两反射面至转轴中心距离之差为t，测量时非对称扫描转镜两反射面2、3对应于待测工件的扫描角分别为θ₂、θ₃，此时有按以下方式即可测量得到待测工件4的外径d：

d＝2·t·sin(θ₂/2)·sin(θ₃/2)/(sin(θ₃/2)-sin(θ₂/2))

如图3所示，现有技术采用普通偏转镜8，测量待测工件直径d方式为：d＝K·θ，其中K为常数，是通过特别设计的扫描物镜7来保证，因此扫描物镜的设计制造精度直接影响系统测量精度，而高精度的线性扫描物镜的制造相对比较困难。由于现有技术必须使用扫描物镜7，多了一个敏感环节，制造、安装和维护的困难相应增加，成本相对也较高，这也是本发明排除扫描物镜的重要原因。

如上所述，即可较好地实现本发明。

Claims (8)

1.一种激光扫描直径测量方法，其特征是，将激光光源发出的准直激光束通过非对称扫描转镜偏转、形成扫描光束，扫描光束扫描待测工件后，通过接收物镜，由光电接收器接收，采用下式测量得到工件外径d：

d＝2·t·sin(θ₂/2)·sin(θ₃/2)/(sin(θ₃/2)-sin(θ₂/2))

其中：t是一个常数，为非对称扫描转镜两反射面到转镜旋转中心的距离之差，θ₂、θ₃分别为非对称扫描转镜两反射面对待测工件的扫描角。

2.一种激光扫描直径测量系统，其特征是，它由准直激光源、非对称扫描转镜、接收物镜、光电接收器依次相互连接组成，光电接收器还通过信号线与智能仪表相连接。

3.根据权利要求2所述的一种激光扫描直径测量系统，其特征是，所述非对称扫描转镜由两个反射面组成，两反射面相对于扫描转轴中心距离不相等，为非对称安装。

4.根据权利要求2所述的一种激光扫描直径测量系统，其特征是，所述非对称扫描转镜与准直激光源之间增加安装有光束偏折作用的反射镜。

5.根据权利要求2所述的一种激光扫描直径测量系统，其特征是，所述接收物镜是反射式或折射式或上述两者的组合。

6.根据权利要求2所述的一种激光扫描直径测量系统，其特征是，所述光电接收器前安装滤光片或保护性玻璃或两者的组合或其它透明或非透明材料制作的防尘、防冲击或防热/湿防护装置。

7.根据权利要求3所述的一种激光扫描测量系统，其特征是，所述非对称扫描转镜包括两边长不等的长方形反射镜或边长不等的三角形反射镜。

8.根据权利要求5所述的一种激光扫描直径测量系统，其特征是，所述接收物镜包括两个或两个以上接收物镜的组合。

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