CN206756114U - 一种用于曲面斜率测量的光学测头 - Google Patents
一种用于曲面斜率测量的光学测头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种用于曲面斜率测量的光学测头，包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜、CCD相机以及数据处理模块，激光器发出的准直光束经孔径光阑缩成细直光束，细直光束经反射镜后入射到分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面上的任意一点，该点反射的光束经分光棱镜透射后，通过成像透镜成像在CCD相机上，数据处理模块根据CCD相机中光斑的位置，计算曲面上该点的斜率信息。本实用新型利用自准仪的原理，针对包括平面在内的曲面，能够测得曲面上任意一点的切线斜率，对光学自由曲面形貌的检测及各种角度的测量有很大的应用空间，并且精度高，数据准确可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光学测头，特别是一种用于曲面斜率测量的光学测头。
背景技术
在机床误差检测领域中，使用较为广泛的机床误差检测仪器有激光干涉仪和球杆仪，由于自身检测原理上的因素，这些仪器在应用于多轴数控机床的误差检测中存在各自的不足：如激光干涉仪调整复杂，一次测量只能获得一个参数，操作要求高，难以实现自动化、快速化，并且价格昂贵，一般企业不具备；球杆仪无法随意规划测量路径，为旋转轴误差辨识的测量步骤设计和理论解耦算法研究增加了难度，且球杆仪以磁力座配合精密球进行接触式测量，需要在低速下运动以保证测量精度，很难适应快速化趋势。一维球列适合各轴的直线标定，但对角度误差检测不具优势，而多轴机床各轴之间的相对误差对加工精度影响非常大。
针对复杂异型零件的加工，多轴数控加工技术凭借其灵活、高效、高精的特点得到了广泛应用和推广，为满足定期精度校准的需要，高效的机床误差检测与辨识方法就成为亟待解决的问题。
多轴数控机床的几何误差检测项目主要包括运动轴的角度误差、定位误差、直线度误差、垂直度误差等，为了检测运动轴的上述误差量，提出了一种基于曲面基准件的误差检测方法，采用这种方法需要检测不同面型基准件上各点的斜率，准直仪系统虽然可以对角度进行测量，但是自身光束光斑直径很大，对于测量曲面上任意一点的切线斜率来说，光斑直径越小测得的结果越接近实际测量点，因此需要针对曲面上各点的切线斜率检测开发一种用于曲面斜率测量的光学测头。
发明内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于曲面斜率测量的光学测头，该光学测头可以测得曲面上各点的切线斜率。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于曲面斜率测量的光学测头，包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜、CCD相机以及数据处理模块，所述激光器发出的准直光束经所述孔径光阑缩成细直光束，细直光束经所述反射镜后入射到所述分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面上的任意一点，该点反射的光束经所述分光棱镜透射后，通过所述成像透镜成像在所述CCD相机上，所述数据处理模块根据所述CCD相机中光斑的位置，计算曲面上该点的斜率信息。
本实用新型具有的优点和积极效果是：利用自准仪的原理，针对包括平面在内的曲面，能够测得曲面上任意一点的切线斜率，对光学自由曲面形貌的检测及各种角度的测量有很大的应用空间，并且精度高，数据准确可靠。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的光路原理图。
图中：1、激光器；2、孔径光阑；3、反射镜；4、分光棱镜；5、成像透镜；6、CCD相机。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，一种用于曲面斜率测量的光学测头，包括激光器1、孔径光阑2、反射镜3、分光棱镜4、成像透镜5、CCD相机6以及数据处理模块。
所述激光器1发出的准直光束经所述孔径光阑2缩成细直光束，细直光束经所述反射镜3后入射到所述分光棱镜4中，1/2能量的反射光束投射到曲面上的任意一点，该点反射的光束经所述分光棱镜4透射后，通过所述成像透镜5成像在所述CCD相机6上；所述数据处理模块根据所述CCD相机6中成像光斑的位置，计算曲面上该点的斜率信息：ξx＝arctan(sox/f)/2，ξy＝arctan(soy/f)/2，其中：ξx代表测量点A在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；ξy代表测量点A在YOZ平面内的切线与Y轴方向的夹角；S0x代表成像光斑A′的中心在X轴方向距离系统光轴的距离，光轴和成像光斑在CCD相机中的像素坐标可以通过数据处理模块测量获得，通过CCD相机中像素对应的尺寸，进而可以将X轴方向的像素坐标转换为位移量S0x；S0y代表成像光斑A′的中心在Y轴方向距离系统光轴的距离，光轴和成像光斑在CCD相机中的像素坐标可以通过数据处理模块测量获得，通过CCD相机中像素对应的尺寸，进而可以将Y轴方向的像素坐标转换为位移量S0y；f代表成像透镜的焦距。
本实用新型的工作原理为：
请参见图2，光束投射到曲面上任意一点时，由于各点的曲率不同，故不同测量点在CCD相机中的成像光斑位置不同，即曲面上各点切线的斜率与CCD相机中成像光斑的位置有一一对应的关系，根据CCD相机中成像光斑的位置可以求出曲面上任意一点的斜率。
以XOZ平面为例进行说明：
其中：ξx代表测量点A在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；
S0x代表成像光斑A′的中心在X轴方向距离系统光轴的距离；
f代表成像透镜的焦距。
通过式(1)可得：
ξx＝arctan(sox/f)/2
同理可得：
ξy＝arctan(soy/f)/2
因此可以获得曲面上任意一点在XOZ与YOZ平面内的斜率的信息。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种用于曲面斜率测量的光学测头，其特征在于，包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜、CCD相机以及数据处理模块，
所述激光器发出的准直光束经所述孔径光阑缩成细直光束，细直光束经所述反射镜后入射到所述分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面上的任意一点，该点反射的光束经所述分光棱镜透射后，通过所述成像透镜成像在所述CCD相机上，所述数据处理模块根据所述CCD相机中光斑的位置，计算曲面上该点的斜率信息。
Priority Applications (1)
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| CN201720618488.3U CN206756114U (zh) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | 一种用于曲面斜率测量的光学测头 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201720618488.3U CN206756114U (zh) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | 一种用于曲面斜率测量的光学测头 |
Publications (1)
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| CN206756114U true CN206756114U (zh) | 2017-12-15 |
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