CN204064251U - 透明材料厚度检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了透明材料厚度检测仪，包括底座，与底座连接的调节平台、蜗轮蜗杆传动机构，与蜗轮蜗杆传动机构连接的光路系统，所述光路系统通过Y形光纤与光源设备、光谱检测器连接，所述光谱检测器与电脑连接，所述蜗轮蜗杆传动机构可带动光路系统上下移动，该方案具有检测速度快、方便快捷、精度高的透明材料及玻璃镜片厚度的优点。

Description

透明材料厚度检测仪

技术领域

本实用新型涉及检测仪器领域，尤其涉及用于检测透明材料及玻璃镜片厚度的透明材料厚度检测仪。 

背景技术

在透明材料及光学玻璃镜片的加工中，对于厚度的检测非常严格。原有的检测方法及量具已不能满足使用要求，存在着测量误差大及容易在被测待测物上造成瑕疵及伤痕的弊端。 

实用新型内容

本实用新型提供一种具有检测速度快、方便快捷、精度高的透明材料及玻璃镜片厚度的检测仪，其技术方案如下： 

透明材料厚度检测仪，包括底座，与底座连接的调节平台、蜗轮蜗杆传动机构，与蜗轮蜗杆传动机构连接的光路系统，所述光路系统通过Y形光纤与光源设备、光谱检测器连接，所述光谱检测器与电脑连接，所述蜗轮蜗杆传动机构连接可带动光路系统可上下移动，以达到调节光路的作用； 

所述光路系统中从上方往下以0.5、0.5、0.5、1、2mm的间隔，依次排列厚度为7mm材质为H-ZF52A的第一、第二、第三、第四、第五、第六镜片； 

工作时，来自光源设备的多色入射光经Y形光纤送到光路系统的上端，进入光路系统的不同色光将在下端沿中心线聚焦在不同的位置，形成较大的色散离焦量，此时如果调整平台上没有放置有待测物，那么就没有反射光进入光路系统，所以光谱检测器只有背景信号显示，当放入待测物之后，通过调整调整平台和蜗轮蜗杆传动机构，使入射光中任意两种色光在待测物的上、下表面形成自准直，因此反射回去的光能量完全进入光阑，而其它色光则在光阑处形成 大于光阑的弥散斑，此时光谱检测器显示的光能曲线图中，两峰值波长所对应离焦量的差与待测物的厚度呈对应关系，电脑通过三种不同的运算方式得出待测物的厚度值。 

附图说明

图1是所述透明材料厚度检测仪的结构示意图； 

图2是所述透明材料厚度检测仪测试平面透明材料时的计算原理图； 

图3是待测物对多色入射光在光谱检测器所显示的光能曲线图； 

图4是所述透明材料厚度检测仪测试凸型透明材料时的计算原理图； 

图5是所述透明材料厚度检测仪测试凹型透明材料时的计算原理图； 

具体实施方式

下面结合附图对本透明材料厚度检测仪作进一步的说明。 

参考图1，如图所示，所述透明材料厚度检测仪，包括底座1，与底座1连接的调节平台2、蜗轮蜗杆传动机构5，与蜗轮蜗杆传动机构5连接的光路系统4，所述光路系统4通过Y形光纤6与光源设备9、光谱检测器7连接，所述光谱检测器7与电脑8连接，所述蜗轮蜗杆传动机构5可带动光路系统4上下移动，使用时，将待测物放置在调整平台2上，通过调整平台2的左右调动使待测物3的中心与光路系统4的中心线对齐，通过蜗轮蜗杆传动机构5调动使光路系统4上下移动，达到经过光路系统4的多色光中的两种色光在待测物的上、下表面形成自准直的目的。 

光路系统4中从上方往下以0.5、0.5、0.5、1、2mm的间隔，依次排列厚度为7mm材质为H-ZF52A的第一、第二、第三、第四、第五、第六镜片10、11、12、13、14、15。 

工作时，来自光源设备9的多色入射光经Y形光纤6送到光路系统4的上 端，进入光路系统4的不同色光将在下端沿中心线聚焦在不同的位置，形成较大的色散离焦量，此时如果调整平台2上没有放置有待测物，那么就没有反射光进入光路系统4，所以光谱检测器7只有背景信号显示，当放入待测物3之后，通过调整调整平台2和蜗轮蜗杆传动机构5，使入射光中任意两种色光在待测物3的上、下表面形成自准直，因此反射回去的光能量完全进入光阑，而其它色光则在光阑处形成大于光阑的弥散斑，此时光谱检测器7显示的光能曲线图中，两峰值波长所对应离焦量的差与待测物的厚度呈对应关系，电脑通过三种不同的运算方式得出待测物的厚度值。具体运算方式如下： 

1、平面型材料厚度的运算 

参考图2、图3，如图所示，通过光路系统4反射回来的光由光谱检测器7分析后的各个色光的能量曲线如图示2所示，两个峰值处所对应的波长对应了被测材料3的所处的波段位置。 

通过简单的几何运算，可以从峰值波长导出待测物的厚度。光学系统设计中，获得的不同波长的离较量如图3所示，两峰值波长对应的离较量分别为D1和D2，二者之差就对应图2中的D，由折射定律得到： 

D₀sinα＝nsinβ 

根据图中简单的三角形比例关系，可以得到： 

D₀tgα＝Dtgβ   $D=D_0\frac{\mathrm{tg\α}}{\mathrm{tg\β}}$

公式中，n对应测试第二个峰值对应的波长处的待测物折射率，α和β分别对应测试第二个峰值对应的波长处的入射角和折射角。 

2、凸型透材料厚度的运算(第二面可以是平面，凹面或者凸面) 

参考图4，如图所示，待测物3凸面的曲率半径为R，厚度为D，经过测试在光谱活动波长λ₁和λ₂出现峰值，分别对应图中两束自准直光线，其中λ₁对应第一个面自准直，λ₂经过第一个面折射后对第二个面实现自准直，在三角形BAO中有： 

$\frac{R-D_0}{\sin a}=\frac{R}{\sin {\mathrm{\θ}}_2}\⇒a=\arcsin \left(\frac{R-D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)$

根据折射定律推出折射角： 

$\∠b=\arcsin \left(\frac{\sin a}{n{\mathrm{\λ}}_2}\right)$

根据图中几何关系有： 

$\∠{\mathrm{\θ}}_4=\∠a-\∠b=\arcsin \left(\frac{R-D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)-\arcsin \frac{\sin a}{n{\mathrm{\λ}}_2}\⇒\∠{\mathrm{\θ}}_3=\∠{\mathrm{\θ}}_2-\∠{\mathrm{\θ}}_4$

在三角形BCO中，有正弦定律得到：

所以待测待测物的中心厚度为： 

$\begin{array}{c}D=R-\mathrm{OC}=R-\frac{R\·\sin b}{\sin {\mathrm{\θ}}_3}\\ =R\frac{\sin ({\mathrm{\θ}}_2-\arcsin \left(\frac{R-D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)+\arcsin \left(\frac{\sin \left(\arcsin \left(\frac{R-D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)\right)}{n{\mathrm{\λ}}_2}\right))-\sin \left(\arcsin \left(\frac{\sin \left(\arcsin \frac{R-D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)}{n{\mathrm{\λ}}_2}\right)\right)}{\sin ({\mathrm{\θ}}_2-\arcsin \left(\frac{R-D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)+\arcsin \left(\frac{\sin \left(\arcsin \left(\frac{R-D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)\right)}{n{\mathrm{\λ}}_2}\right))}\end{array}$

从上述等式可以看出，待测物的厚度与θ₂、R、D₀以及待测物在波长λ₂处的折射率这四个变量有关，θ₂、D₀和光路系统4的设计相关，可以从获得的光谱曲线上，对应峰值波长处的λ₁和λ₂确定：R是待测物的曲率(需要已知)：nλ₂可以查已有的材料库获得。因此，通过以上的运算可以获得待测物的几何厚度。 

3、凹型透材料厚度的运算(第二面可以是平面，凹面或者凸面) 

参考图5，如图所示，待测物3凹面的曲率半径为R，厚度为D，经过测试在光谱检测器7获得波长λ₁和λ₂出现峰值，分别对应图中两束自准直光线，其中λ₂对应第一个面子准直，λ₂经过第一个面折射后对第二个面实现自准直，根据折射定律以及图中所形成的几何三角关系有以下的推导。 

在三角形OAB中，利用正弦定律有： 

$\frac{\mathrm{OB}}{\sin \∠\mathrm{OAB}}=\frac{\mathrm{OA}}{\sin {\mathrm{\θ}}_2}\⇒\∠\mathrm{OAB}=\arcsin \left(\frac{\mathrm{OB}}{\mathrm{OA}}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)=\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)$

波长λ₂入射角和∠OAB互补，所以有： 

$\∠a=\mathrm{\π}-\∠\mathrm{OAB}=\mathrm{\π}-\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)$

$\∠{\mathrm{\θ}}_4=\∠a-\∠b=\∠a-\arcsin \frac{\sin a}{n{\mathrm{\λ}}_2}$

∠θ₅＝∠a-∠θ₂,∠θ₃＝∠θ₂-∠θ₄

$\mathrm{AB}=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_5\·R}{\sin {\mathrm{\θ}}_2}=\frac{\sin (a-{\mathrm{\θ}}_2)\·R}{\sin {\mathrm{\θ}}_2}$

在三角形ABC中，利用正弦定律有： 

$\mathrm{BC}=\frac{\mathrm{AB}\·\sin {\mathrm{\θ}}_4}{\sin {\mathrm{\θ}}_3}$

所以待测待测物的厚度为： 

$\begin{array}{c}D=D_0+\mathrm{BC}=D_0+\frac{\frac{\sin (a-{\mathrm{\θ}}_2)\·R}{\sin {\mathrm{\θ}}_2}\×\sin (a-\arcsin \frac{\sin a}{{\mathrm{n\λ}}_2})}{\sin ({\mathrm{\θ}}_2-a-\mathrm{src}\sin \left(\frac{\sin a}{{\mathrm{n\λ}}_2}\right))}\\ =D_0+\frac{\frac{\sin (\mathrm{\π}-\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)-{\mathrm{\θ}}_2)\·R}{\sin {\mathrm{\θ}}_2}\×\sin (a-\arcsin \left(\frac{\sin (\mathrm{\π}-\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right))}{{\mathrm{n\λ}}_2}\right))}{\sin ({\mathrm{\θ}}_2-\mathrm{\π}+\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)+\arcsin \left(\frac{\sin (\mathrm{\π}-\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right))}{{\mathrm{n\λ}}_2}\right))}\end{array}$

从上述等式可以看出，待测物的厚度与θ₂、R、D₀以及待测光学玻璃在波长λ₂处的折射率这四个变量有关，其中，θ₂和D₀和光路系统4的设计相关，可以从获得的光谱曲线上，对应峰值波长处的λ₁和λ₂确定，R是待测待测物的曲率(需要已知)，nλ₂可以查已有的材料库获得，因此以上的运算可以获得待测物的几何厚度。 

由电脑应用上述方式运算出透明材料厚度后通过数据转换后呈现在显示屏幕上，方便操作者识别。 

Claims (2)

1.透明材料厚度检测仪，其特征在于：包括底座(1)，与底座(1)连接的调节平台(2)、蜗轮蜗杆传动机构(5)，与蜗轮蜗杆传动机构(5)连接的光路系统(4)，所述光路系统(4)通过Y形光纤(6)与光源设备(9)、光谱检测器(7)连接，所述光谱检测器(7)与电脑(8)连接，所述蜗轮蜗杆传动机构(5)可带动光路系统(4)上下移动。 

2.根据权利要求1所述的透明材料厚度检测仪，其特征在于：光路系统(4)中从上方往下以0.5、0.5、0.5、1、2mm的间隔，依次排列厚度为7mm材质为H-ZF52A的第一、第二、第三、第四、第五、第六镜片(10、11、12、13、14、15)。