CN206563554U

CN206563554U - 非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪

Info

Publication number: CN206563554U
Application number: CN201720045245.5U
Authority: CN
Inventors: 宫啸; 王智; 杨东学; 彭继迎
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2017-10-17
Anticipated expiration: 2027-01-13

Abstract

一种非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，包括壳体、图像采集装置、激光发射装置、驱动器、控制单元和数据处理模块，其中，所述壳体上设置有调平孔和通光孔；所述激光发射装置，设置于壳体内，能够在所述壳体内旋转，透过所述壳体的通光孔将激光发射到待测玻璃板上；所述图像采集装置设置于壳体内，能够在所述壳体内沿平面方向移动，透过所述壳体的通光孔采集反射光的图像信息，并将信息传送至数据处理模块，得到折射率和厚度；并且，所述控制单元通过所述驱动器控制所述激光发射装置的旋转和所述图像采集装置移动。本实用新型能够实现厚度和折射率两参数的同时测量，而且可单侧测量、方便携带。

Description

非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪

技术领域

本实用新型涉及玻璃参数测量，尤其涉及一种玻璃板厚度和折射率测量仪。

背景技术

厚度和折射率作为玻璃板两个典型的物理参数，在实际生产中，具有重要的参考价值。

常见的玻璃测量仪器是将厚度与折射率分开测量，无法实现同时测量。对于玻璃板厚度，常见方法是采用游标卡尺或螺旋测微器接触式测量。对于玻璃板折射率，常见方法包括几何光学法和波动光学法：几何光学法是指在已知玻璃板厚度的前提下，保持入射角不变，测量入射光束在前后表面反射后得到的两束光间距进而测得折射率；波动光学法原理与迈克尔逊干涉仪原理类似，通过改变光程差来使干涉条纹发生变化，通过干涉条纹的变化数目测得折射率。此外，对于折射率的测量，还有偏振法、布儒斯特角法等方法。

目前在市场上广泛使用的玻璃板厚度和折射率测量仪通常将这两个参数分开测量。而且仪器位置固定，无法移动，不适用于测量带框玻璃板和楼房玻璃板等。

实用新型内容

本实用新型目的之一旨在克服以上缺陷，提供一种厚度和折射率两参数可同时测量的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪。

本实用新型另一目的旨在提供一种单侧测量、便携式的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪。

本实用新型公开一种非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，包括壳体、图像采集装置、激光发射装置、驱动器、控制单元和数据处理模块，其中，所述壳体上设置有调平孔和通光孔；所述激光发射装置，设置于壳体内，能够在所述壳体内旋转，透过所述壳体的通光孔将激光发射到待测玻璃板上，所述图像采集装置设置于壳体内，能够在所述壳体内沿平面方向移动，透过所述壳体的通光孔采集反射光的图像信息，并将信息传送至数据处理模块，得到折射率和厚度，其中，所述控制单元通过所述驱动器控制所述激光发射装置的旋转和所述图像采集装置移动。

作为优选方式，所述激光发射装置包括激光器支架、激光器和第一步进电机，其中，

所述激光器可旋转地安装在所述激光器支架上，所述第一步进电机与激光器支架相连形成旋转机构。

作为优选方式，所述壳体内安装有导轨，以引导所述图像采装置移动。

作为优选方式，所述激光发射装置固定在所述导轨靠近调平孔的一侧，通过所述控制器控制所述第一步进电机转动，进而控制激光器的精密转动。

作为优选方式，所述导轨上装有滑块，所述图像采集装置通过所述滑块安装在所述导轨上，从而能够沿导轨移动。

作为优选方式，所述滑块由第二步进电机驱动，该步进电机设置在所述导轨一端，并通过滚珠丝杠与滑块相连，通过控制所述第二步进电机转动来控制滑块的移动。

作为优选方式，所述驱动器为两相步进电机驱动，通过导线与控制单元、第一步进电机、第二步进电机和电源相连，受控制单元控制以驱动以上两个步进电机。

作为优选方式，所述电源为24V直流稳压电源。

作为优选方式，所述第一步进电机和第二步进电机均为42式步进电机，均通过导线与所述驱动器相连。

作为优选方式，所述图像采集装置为高精度面阵CCD，所述激光器为超小光斑激光器。

作为优选方式，所述数据处理模块为一款开发程序，可通过所述CCD拍摄的激光光斑图处理数据，得到折射率和厚度。

作为优选方式，所述整个非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪放置在三脚架上。

本实用新型的折射率和厚度可同时测量，而且非接触、单侧测量，并且方便携带。

因此，本实用新型可以对带框门窗、高楼玻璃等复杂环境下玻璃的参数进行测量，对于玻璃参数测量领域具有重要的意义。

附图说明

下面将简要说明本申请所使用的附图，显而易见地，这些附图仅用于解释本发明的构思。

图1是本实用新型的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪的第一实施例结构示意图。

图2是光线穿过玻璃板发生折射和反射的几何图。

图3是本实用新型的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪的第二是实施例结构示意图。

附图标记汇总：

1、壳体 11、调平孔 12、通光孔 2、导轨

21、滑块 22、第二步进电机 3、图像采集装置 4、激光发射装置

41、激光器支架 42、激光器 43、第一步进电机 5、驱动器

6、电源 7、控制单元 8、数据处理模块 9、待测玻璃板

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本实用新型的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪的实施例。

在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部分的结构，各附图之间不一定按照相同的比例绘制。相同或相似的参考标记用于表示相同或相似的部分。

第一实施例

参见图1，在本实施例中，本实用新型提供非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，包括壳体1、调平孔11、通光孔12、导轨2、滑块21、第二步进电机22、图像采集装置3、激光发射装置4、激光器支架41、激光器42、第一步进电机43、驱动器5、电源6、控制单元7、数据处理模块8、待测玻璃板9。

如图1所示，所述壳体1上设置有调平孔12和通光孔11；激光发射装置4设置于壳体1内，能够在壳体1内旋转，透过壳体1的通光孔11将激光发射到待测玻璃板9上，图像采集装置3设置于壳体1内，能够在壳体1内沿平面方向移动，透过壳体1的通光孔11采集反射光的图像信息，并将信息传送至数据处理模块8，得到折射率和厚度。

控制单元7通过驱动器5控制所述激光发射装置4的旋转和所述图像采集装置3移动。

如图1所示，驱动器5通过导线与第一步进电机43、第二步进电机22、电源6、控制单元7均连接，控制单元7发出指令后通过驱动器5来控制第一步进电机43和第二步进电机22。

其中驱动器5和控制单元7的连接方式可以为导线连接，也可以为无线连接。

壳体1内安装有导轨2，以引导图像采装置3移动。

激光器42可旋转地安装在激光器支架41上，第一步进电机43与激光器支架41相连形成旋转机构。其连接方式可为转轴连接、齿轮传动机构连接等。

激光发射装置4固定在导轨2靠近调平孔12的一侧，通过控制单元7通过驱动器6控制第一步进电机43转动，进而控制激光器42的精密转动。

导轨2上装有滑块21，图像采集装置3通过滑块21安装在导轨2上，从而能够沿导轨2移动。滑块21由第二步进电机22驱动，该步进电机设置在所述导轨2一端，并通过滚珠丝杠与滑块21相连，通过控制第二步进电机22转动来控制滑块21的移动。此外，第二步进电机也可通过传送带或其它方式与滑块连接。

本实施例中的驱动器5采用的是两相步进电机驱动，通过导线与控制单元7、第一步进电机43、第二步进电机22和电源6相连，受控制单元7控制以驱动以上两个步进电机。电源6为24V直流稳压电源。

第一步进电机43和第二步进电机22均为42式步进电机，均通过导线与所述驱动器5相连。

图像采集装置3为高精度面阵CCD，激光器42为超小光斑激光器。

应当理解的是驱动器5的步进电机型号和电源的型号都可以更换为其它型号，只要相互配合即可。第一步进电机43和第二步进电机22也可采用其它型号，而且它们可以为相同型号，也可以为不同型号。图像采集装置也可以为其它型号的CCD，激光器也可为其它型号的激光器。

所述数据处理模块8为一款开发程序，可通过所述CCD拍摄的激光光斑图处理数据，得到折射率和厚度。

所述整个非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪放置在三脚架上。

以下是对于本实用新型的理论分析：

当一束光入射到平玻璃板，在玻璃板前后表面发生折射、反射，则最终在入射光线一侧得到两束光线，由折射定律：

n₀sinα＝n sinβ

其中n_o是空气折射率，n是玻璃折射率，α，β分别是入射角和折射角，n_o＝1.000278±0.0002，近似为1，则上式变为

sinα＝n sinβ

如图2所示，实验中获取x相对简单，x为两束光横间距，由几何关系得

式中d为玻璃厚度，改变入射角α，测量x，联立方程组即可求得折射率和厚度。

利用该非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪测量时，具体操作步骤如下：

第一步进行调平：让激光器42从调平孔12发出光线，照射到待测玻璃板9上，若前后表面反射的光都回到调平孔12内，则可以保证此时光线与待测玻璃板12垂直。只有调节到垂直后才可以进行下一步测量。

第二步将激光器42旋转一定角度从通光孔11照射到待测玻璃板9上，由于待测玻璃板9有一定厚度，所以前后表面都会反射光线。

第三步控制单元7通过控制第二步进电机的转动来调节装有高精度面阵CCD滑块的移动，然后高精度面阵CCD拍摄反射光线的激光光斑图。

第四步高精度面阵CCD将拍摄的激光光斑图传递到数据采集模块8，经过数据采集模块8的处理得到待测玻璃板9的厚度和折射率。

下列为利用该非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪测量的一些玻璃板厚度和折射率误差统计表：

玻璃板编号	测量结果厚度d/mm	测量结果折射率n	厚度相对误差	折射率相对误差
					K9玻璃板	3.03	1.54	0.33％	1.58％
常见玻璃板1	2.63	1.49	1.13％	/
					常见玻璃板2	3.19	1.42	1.59％	/
常见玻璃板3	4.5	1.35	0.90％	/
					常见玻璃板4	5.87	1.37	0.51％	/

由表可知此仪器的测量误差很小。

第二实施例

图3示出了本实用新型的第二实施例。如图所示，该实施例与第一实施例相比的区别是：将控制单元7和数据采集模块8均与电脑相连，以实现一台机器控制整个仪器。除上述区别外，其它构造与第一实施例相同，因此，为简洁起见，关于第二实施例的其它构造请参见前面的说明，在此不再重复。

以上对本实用新型的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪的实施方式进行了说明。对于本实用新型的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪的具体特征如形状、尺寸和位置可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据本发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims

1.一种非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，包括壳体、图像采集装置、激光发射装置、驱动器、控制单元和数据处理模块，其中，

所述壳体上设置有调平孔和通光孔；

所述激光发射装置，设置于壳体内，能够在所述壳体内旋转，透过所述壳体的通光孔将激光发射到待测玻璃板上；

所述图像采集装置设置于壳体内，能够在所述壳体内沿平面方向移动，透过所述壳体的通光孔采集反射光的图像信息，并将信息传送至数据处理模块，得到折射率和厚度；并且

所述控制单元通过所述驱动器控制所述激光发射装置的旋转和所述图像采集装置移动。

2.如权利要求1所述的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，所述壳体内安装有导轨，以引导所述图像采装置移动。

3.如权利要求2所述的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，所述激光发射装置包括激光器支架、激光器和第一步进电机，其中，

所述激光器可旋转地安装在所述激光器支架上，所述第一步进电机与激光器支架相连形成旋转机构，并且，

所述激光发射装置固定在所述导轨靠近调平孔的一侧，通过所述驱动器控制所述第一步进电机转动，进而控制激光器的精密转动。

4.如权利要求2所述的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，所述导轨上装有滑块，所述图像采集装置通过所述滑块安装在所述导轨上，从而能够沿导轨移动。

5.如权利要求4所述的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，所述滑块由第二步进电机驱动，所述第二步进电机设置在所述导轨一端，并通过滚珠丝杠与滑块相连，通过控制所述第二步进电机转动来控制滑块的移动。

6.如权利要求1所述的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，所述驱动器为两相步进电机驱动，通过导线与控制单元、第一步进电机、第二步进电机和电源相连，受控制单元控制以驱动以上两个步进电机，

其中，所述电源为24V直流稳压电源。

7.如权利要求6所述的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，所述第一步进电机和第二步进电机均为42式步进电机，均通过导线与所述驱动器相连。

8.如权利要求3所述的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，所述图像采集装置为高精度面阵CCD，所述激光器为超小光斑激光器。

9.如权利要求8所述的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，所述数据处理模块为一款开发程序，可通过所述CCD拍摄的激光光斑图处理数据，得到折射率和厚度。

10.如权利要求1所述的非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪，其特征在于，所述非接触式玻璃板厚度和折射率测量仪放置在三脚架上。