CN212620599U - 一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，包括光源设备、色差镜组和光谱测量仪；其中，光源设备通过光纤与色差镜组连接，用于制备光源并将光源通过光纤传输到色差镜组，从而使得色差镜组对光源进行分光处理后照射到待测物体的表面，并将待测物体反射回的反射光线传送至光谱测量仪；光谱测量仪通过光纤与色差镜组连接，用于接收反射光线，并将反射光线发送至远程的光谱分析仪进行光谱分析得出待测玻璃的厚度。本实用新型解决了现有技术中存在的共焦传感器无法实现玻璃厚度量测的问题。

Description

一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器

技术领域

本实用新型涉及玻璃量测，尤其涉及一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器。

背景技术

共焦纤维术已发展多年，常用于超精密检测应用，主要可分为镭射共焦和色散共焦。其中，镭射共焦可提供高分辨率，但是其速度慢，高解析模式下常常需要数小时至1天才能完成3D成像，故不适用于生产线检测。色散共焦虽然无法达到类似共焦的精度，但是在成像速度上较快，较适合于生产线的应用检测，更适合应用于玻璃量测。

因此，一般采用色散式共焦传感器来实现对玻璃的量测，通过色散式共焦传感器对光源光线进行分光处理后，将其照射到玻璃的表面，并收集待玻璃反射回的反射光线，由于不同波长的光线被玻璃反射回的反射角度不同，因此可通过光谱分析仪对反射回的反射光线进行分析可得出玻璃的厚度。但是现有的色散式共焦传感器大多数只是聚焦于小工作距离以及小量测范围，比如微米级别，从应用和系统观点来说，并不适合于玻璃量测；同时，现有的色散式共焦传感器的各个设备部件的结构复杂、操作难度大，非专业人员一般不能操作，使用门槛较高。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其能够解决现有技术中的共焦传感器无法实现对玻璃厚度进行量测等的问题。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，所述色散式共焦传感器包括光源设备、色差镜组和光谱测量仪；其中，所述光源设备通过光纤与色差镜组连接，用于将制备的光源通过光纤传输到所述色差镜组；所述色差镜组，用于对所述光源进行分光处理并照射到待测物体的表面，并将待测物体返回的反射光线通过光纤传送至光谱测量仪；所述光谱测量仪，用于接收反射光线并将反射光线发送至外部光谱分析仪，使得外部的光谱分析仪对反射光线进行光谱分析得出待测物体的厚度。

进一步地，所述色差镜组包括安装座、调整座和透镜；其中，所述安装座包括底板和固定安装于所述底板一侧的侧板；所述透镜设于所述侧板上；所述调整座的一端设有光源输入端，用于通过光纤与所述光源设备连通，输入所述光源；所述调整座安装于底板上，并且所述调整座内设有第一光路，所述第一光路的输入端与所述光源输入端连接、输出端设于所述调整座的另一端，并且第一光路的中心线与所述透镜的中心线在同一水平线上；所述光源通过光源输入端进入第一光路并经过第一光路的输出端输出到所述透镜上，进而通过所述透镜对所述光源进行分光处理后，照射到待测物体的表面；所述光源照射到待物物体的表面后，经过所述待测物体的表面进行反射后生成反射光线，并通过透镜、第一光路进入光纤并传送至光谱测量仪。

进一步地，所述透镜为柱状透镜。

进一步地，所述底板上设有安装槽，所述调整座的底部安装于所述安装槽内。

进一步地，所述光谱测量仪包括模组座、入射组件和反射组件；

所述模组座包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁、底壁、第一顶板、第二顶板和第五侧板；其中，所述第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁均设于底壁上，并且第一侧壁与第二侧壁对称设置、第三侧壁与第四侧壁对称设置，第一顶板设于第三侧壁的上方并与第三侧壁形成一锐角，第二顶板设于第四侧壁的上方并与第四侧壁形成90度角，第五侧板的一侧边与第二顶板形成90度角、另一侧边与第一顶板形成锐角，从而形成所述模组座的腔体；

第五侧板上设有第一开孔；所述入射组件包括接头、转接座以及设于转接座内的第二光路；所述接头的一端与所述色差镜组连接，用于接收所述色差镜组返回的反射光线、另一端与第二光路连通，用于将入射光线通过第二光路传输至第一开孔，进而通过第一开孔传输到所述模组座的腔体内；

第一侧壁上设有第二开孔；所述反射组件包括反射镜安装组件和反射镜；反射镜安装组件的一端设于模组座外，反射镜安装组件的另一端安装有反射镜，并通过第二开孔延伸于模组座的腔体内；所述反射镜，用于将通过第一开孔输送到模组座腔体内的反射光线发射到安装于所述模组座的腔体底部的反射式光栅组件上；所述反射式光栅组件用于对反射光线进行反射；

第一顶板上安装有控制板，并且第一顶板上设有第四开孔；所述反射光线被反射式光栅组件反射后通过第四开孔被控制板接收，从而使得控制板将反射光线发送至外部的光谱分析仪。

进一步地，所述第一顶板上安装有安装板，所述控制板设于所述安装板的上方；所述安装板上设有第三开孔；第三开孔与第四开孔正对设置，所述安装板与所述第一顶板通过螺钉固定连接；所述反射光线依次经过第三开孔、第四开孔后被控制板接收。

进一步地，所述安装板上还设有控制板安装架，所述控制板安装于控制板安装架上；所述控制板安装架通过螺钉与安装板固定连接。

进一步地，所述反射镜安装组件包括反射镜安装轴和反射镜转接部，所述反射镜安装轴的一端螺旋安装于反射镜转接部内，所述反射镜安装于反射镜转接部上；通过转动反射镜安装轴，带动反射镜装接部的转动，从而实现反射镜朝向的调整，实现反射光线经过反射镜的反射角度。

进一步地，位于模组座的腔体外部的反射镜安装轴的一端设有固定旋钮，通过转动固定旋钮带动反射镜安装轴的转动。

进一步地，所述光谱测量仪包括光栅底座，所述光栅底座安装于模组座的底部并穿过模组座的底板至所述模组座的腔体内，所述反射式光栅组件安装于光栅底座上。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过自制的光源经过色差镜组分光后照射到待测物体的表面，经过待测物体对分光后的光源的反射生成反射光线，并将反射光线通过光谱测量仪接收进而传送到光谱分析仪，实现对反射光线的光谱分析并根据光谱分析的结果得出待测物体的厚度，解决了现有技术中的共焦传感器无法实现对玻璃厚度的量测的问题。

附图说明

图1为本实用新型提供的色差共焦传感器的模块示意图；

图2为色差镜组的结构示意图；

图3为色差镜组的爆炸结构示意图；

图4为光谱测量仪的主视图示意图；

图5为图4中AA线的截面图；

图6为光谱测量仪的结构爆炸图之一；

图7为光谱测量仪的结构爆炸图之二。

图中：11、底板；12、侧板；13、透镜；14、调整座；15、光源输入端；16、安装槽；17、第一光路；2、模组座；21、安装板；22、控制板安装架；23、控制板；24、第三开孔；3、反射组件；31、反射镜；32、反射镜转接部；33、反射镜安装轴；34、固定旋钮；35、第二开孔；4、入射组件；41、接头；42、转接座；43、第一开孔；44、第二光路；51、光栅式底座；52、反射式光栅组件。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

本实用新型提供了一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，如图1-7所示，色散式共焦传感器包括光源设备、色差镜组和光谱测量仪，通过对光源设备产生的光源、色差镜组以及光谱测量仪的结构进行重新设计，从而使得色散式共焦传感器的测量距离加大，更适合于玻璃厚度的量测。

其中，光源设备，用于制备光源。优选地，本实用新型提供的光源，相对于现有的光源来说，其能量更强、表面反射率更高。比如，本实施例所采用的光源的强度达到现有光源的强度的30倍以上，具有更高的表面反射率。

色差镜组，用于对光源进行分光处理并将分光后的光源照射到待测物体表面。本实用新型是通过光源在相同材质下，光谱与待测物体的厚度之间的关系来实现待测物体的厚度的测量。也即是，预先根据模拟测试光源与不同物体的厚度的对应关系并预存于系统中，然后通过设定光源，并将光源照射到物体表面后得到反射光线，对反射光线的光谱进行分析，并与系统中存储的对应关系进行匹配，从而推算得出待测物体的厚度。

由于光源一般为白光，白光包括多个不同波长的光线。因此，在照射到待测物体表面时，首先通过色差镜组对光源进行分光处理，将其分成不同波长的光线，再照射到待测物体表面并收集待测物体表面反射回的反射光线进行光谱分析，最终得出待测物体的厚度。

优选地，光源设备制备的光源通过光纤输入到色差镜组，并经过色差镜组对光源进行分光后照射到待测物体表面。

如图2-3所示，色差镜组，包括安装座、调整座14和透镜13。其中，安装座包括底板11以及固定安装于底板11一侧的侧板12。优选地，底板11与侧板12垂直设置。

透镜13安装于侧板12上。其中，透镜13用于对光源进行处理，使得光源中的光线产生轴向色差从而使得光源转换为入射光线，然后将入射光线照射到待测物体表面。其中，光线的轴向色差决定了本实施例的色散式共焦传感器侦测的轴向距离，也即是测试厚度的反范围。

优选地，待测物体与透镜13正对设置。

优选地，调整座14的一端设有光源输入端15。其中，光源输入端15通过光纤与光源设备连接，用于输入光源。优选地，调整座14内设有第一光路17。第一光路17的输入端与光源输入端15连通、输出端与透镜13正对设置，从而使得光源通过光源输入端15进入第一光路17并传输至透镜13，进而透过透镜13照射到待测物体的表面。

其中，当调整座14安装于底板11上时，调整座14内的第一光路17的中心线与透镜13的中心线在同一水平线上。也即是，第一光路17的中心线、透镜13的中心线以及待测物体均在同一水平线上。

当光源设备通过光纤与光源输入端15连接后，通过光源设备开始制备光源。这样，光源通过光纤进入光源输入端15，进而进入第一光路17并通过第一光路17的输出端输出并通过对光源进行分光处理，也即是使得光源产生轴线色差生成入射光线，并将入射光线照射到待测物体表面。当彩色共焦具有轴向色差条件时，光谱聚光特性质将会如同编码器板，在不同深度下可获得反射光谱信息，这样可根据每个光谱的反射信息来实现对玻璃的厚度的量测。本实用新型提供的色差镜组就相当于一编码器，用于对光源进行编码。也即是，色差镜组，用于将光源通过透镜13时，依光轴轴心的方向使得各个光在轴向上分开，形成一系列轴向焦点，相当于光谱的编码器。

优选地，本实施例中的透镜13为柱状透镜。其中，柱状透镜为投射率渐变透镜。柱状透镜的镜头为小孔径镜头。小孔径镜头的直径为1mm、镜头长度为10mm。

优选地，底板11上设有安装槽16。调整座14的底部设于安装槽16内，从而使得调整座14固定于底板11上。

本实用新型是通过光源设备产生的白光(全波段光)透过色差镜组并通过色差镜组的透镜13，使得各个波长汇聚的焦点在轴向上分开，形成一列轴向焦点，如同以光谱做成的编码器。这样，当待测玻璃有高低落差时，将色差镜组反射回的具有轴向色差分布的光源照射到待测玻璃上，由于待测玻璃的高低差而量测到不同的波段，进而可根据光谱分析来得出待测玻璃的高度轮廓数值，也即得出待测玻璃的厚度。

当入射光线照射到待测物体表面时，由于不同波长对于相同材质的反射角度不同，因此，入射光线被待测物体进行反射，并通过透镜13、第一光路17返回到光纤中，最终通过光纤传送到光谱测量仪中。

优选地，如图4-7所示，光谱测量仪，包括控制板23、模组座2、入射组件4和反射组件3。入射组件4通过光纤接收到色差镜组发送的反射光线，使得反射光线通过反射组件3反射到模组座2内的反射式光栅组件52进行反射后被设有模组座2顶部的控制板23接收，并传送到外部的光谱分析仪进行光谱分析。

其中，模组座2包括由第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁、底壁、第一顶板、第二顶板和第五侧壁所组成的腔体。本实用新型为了保证接收到反射光线，因此，本实用新型通过光谱测量仪实现对待测物体反射回的反射光线进行收集。

底壁的四侧边上依次设有第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁以及第四侧壁，并且第一侧壁与第二侧壁对称设置，第三侧壁与第四侧壁对称设置；第一顶板设于第三侧壁的上方并与第三侧壁形成一锐角，第二顶板设于第四侧壁的上方并与第四侧壁形成90度角，第五侧壁的一侧边与第二顶板形成90度角、另一侧边与第一顶板形成锐角，形成模组座2的腔体。

优选地，第一顶板为中间设有第四开孔的环形结构，第四开孔与模组座2的腔体对应。

其中，模组座2的底部安装有光栅底座51。其中，光栅底座51向模组座2的腔体内延伸并穿过模组座2的底壁。所述光栅底座51上设有反射式光栅组件52，该反射式光栅组件52用于对反射光线进行反射从而将反射光线通过第一顶板的第四开孔传送至控制板23。

优选地，入射组件4包括接头41和转接座42。其中，接头41的一端通过光纤接入色差镜组发送的反射光线。接头41的另一端与转接座42内的第二光路44连通，用于将反射光线输送到模组座2的腔体内。

优选地，第五侧壁上设有第一开孔43。转接座42固定于第二顶板上，并且接头41、转接座42内的第二光路44以及第一开孔43的中心线处于同一水平线上。当转接座42安装于第二顶板上时，接头41、转接座42内的第二光路44以及第一开孔43正对设置。也即是，当接头41通过光纤接收到反射光线后，将反射光线通过接头41进入第二光路44传输并通过第一开孔43入射到模组座2的腔体内。

优选地，第一侧壁上设有第二开孔35。反射组件3包括反射镜安装组件和反射镜31。其中，反射安装组件的一端设于模组座2的腔体外部、另一端通过第二开孔35延伸于模组座2的腔体内。反射镜31安装于模组座2的腔体内的反射镜安装组件的一端上。

其中，反射镜31用于将入射到模组座2的腔体内的反射光线进行反射并发送到模组座2内的反射式光栅组件52，再经过反射式光栅组件52的反射后将反射光线传送给控制板23接收。当反射镜安装组件通过第二开孔35延伸于模组座2的腔体内时，将反射镜31与第一开孔43正对设置，可保证反射镜31的中心点与第一开孔43的中心点处于同一水平直线上。这样，经过第一开孔43入射到模组座2的腔体内的反射光线通过反射镜31进行反射到位于模组座2的腔体内的反射式光栅组件52上。其中，如图5所示，曲线部分为反射光线的传输路径，也即是反射光线经过入射组件4到达反射镜31，并在反射镜31的反射下到达反射式光栅组件52，再通过反射式光栅组件52反射后被控制板23采集。

优选地，反射镜安装组件包括反射镜安装轴33和反射镜转接部32。其中，反射镜安装轴33的一端螺旋安装于反射镜转接部32的内部。其中，反射镜转接部32通过第二开孔35延伸于模组座2的腔体内，反射镜31安装于反射镜转接部32上。通过转动反射镜安装轴33，带动反射镜转接部32的转动，也即带动反射镜31转动，实现反射镜31朝向的调整，对反射光线经过反射镜31的反射角度进行调整。

优选地，位于模组座2的腔体外的反射镜安装轴33的一端设有固定旋钮34，通过转动固定旋钮34带动反射镜安装轴33的转动。

优选地，第一顶板上设有安装板21。控制板23设于安装板21的上方。其中，安装板21上设有第三开孔24，并且第三开孔24与第一顶板的第四开孔正对设置。优选地，第四开孔的孔径大于第三开孔24的孔径。这样，可使得反射光线完全通过第四开孔，并不会因为第四开孔的孔径小而导致反射光线未被控制板29采集，导致计算结果不准确。优选地，安装板21通过螺钉固定安装于第一顶板上。安装板21与第一顶板通过螺钉固定连接。

进一步地，安装板21上还安装有控制板安装架22。控制板安装架22通过螺钉与安装板21固定连接。控制板23安装于控制板安装架22上。

当经过反射镜31反射后的反射光线经过反射式光栅组件52再次反射后依次通过第四开孔、第三开孔24被安装于控制板安装架22上的控制板23采集，从而使得控制板23将采集到待测玻璃反射后的反射光线发送给远程的光谱分析仪，从而使得光谱分析仪对玻璃反射后的光线进行光谱分析得出玻璃的厚度，实现玻璃厚度的量测。由于分光后的光线的波长不同，经过待测玻璃反射后其反射角均不同，因此光谱分析仪可根据反射回的各个不同波长的光线进行光谱分析可得出待测玻璃的厚度。本实用新型的重点在于如何将光源照射到待测玻璃上，而针对如何根据待测玻璃反射回的光线计算玻璃的厚度并不是本实用新型的研究重点，该计算过程是本领域技术人员所熟知的技术，本实用新型不在具体介绍。

本实用新型所提供的光谱测量仪的结构简单，操作方便。用户只需要通过将接头41通过光纤接入反射光线，然后通过转动固定旋钮34调整反射镜31的角度，从而可将反射光线通过反射镜31的反射传送到位于模组座2的腔体底部的反射式光栅组件52，经过反射式光栅组件52的再次反射后，将反射光线依次通过第四开孔、第三开孔24传送到接收板23进行接收，从而实现待测物体反射回的光线，大大降低了用户操作的难度。

本实用新型通过将光源经过色差镜组的透镜13进行分光后照射到待测物体表面，再通过色差镜组将待测物体反射回的反射光线传送到光谱测量仪，从而使得光谱测量仪内的入射组件4以及反射组件3将反射光线传送至控制板23接收，最终使得控制板23将接收到的光线发送至光谱分析仪实现光谱分析，最终得出待测玻璃的厚度，实现玻璃厚度量测。

本实用新型通过制作能量较强的光源，并通过色差镜组分光后，在经过光谱测量仪将光线照射到待测玻璃上，实现待测玻璃反射光线的收集，从而实现待测玻璃厚度量测，本实用新型提供的色差共焦传感器可应用于玻璃厚度为5～10mm的玻璃的量测，其结构简单、操作方便，解决了现有技术中的共焦传感器无法对玻璃厚度进行量测等问题。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，所述色散式共焦传感器包括光源设备、色差镜组和光谱测量仪；其中，所述光源设备通过光纤与色差镜组连接，用于将制备的光源通过光纤传输到所述色差镜组；所述色差镜组，用于对所述光源进行分光处理并照射到待测物体的表面，并将待测物体返回的反射光线通过光纤传送至光谱测量仪；所述光谱测量仪，用于接收反射光线并将反射光线发送至外部光谱分析仪，使得外部的光谱分析仪对反射光线进行光谱分析得出待测物体的厚度。

2.根据权利要求1所述一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，所述色差镜组包括安装座、调整座和透镜；其中，所述安装座包括底板和固定安装于所述底板一侧的侧板；所述透镜设于所述侧板上；所述调整座的一端设有光源输入端，用于通过光纤与所述光源设备连通，输入所述光源；所述调整座安装于底板上，并且所述调整座内设有第一光路，所述第一光路的输入端与所述光源输入端连接、输出端设于所述调整座的另一端，并且第一光路的中心线与所述透镜的中心线在同一水平线上；所述光源通过光源输入端进入第一光路并经过第一光路的输出端输出到所述透镜上，进而通过所述透镜对所述光源进行分光处理后，照射到待测物体的表面；所述光源照射到待测物体的表面后，经过所述待测物体的表面进行反射后生成反射光线，并通过透镜、第一光路进入光纤并传送至光谱测量仪。

3.根据权利要求2所述一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，所述透镜为柱状透镜。

4.根据权利要求2所述一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，所述底板上设有安装槽，所述调整座的底部安装于所述安装槽内。

5.根据权利要求1所述一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，所述光谱测量仪包括模组座、入射组件和反射组件；

所述模组座包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁、底壁、第一顶板、第二顶板和第五侧板；其中，所述第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁均设于底壁上，并且第一侧壁与第二侧壁对称设置、第三侧壁与第四侧壁对称设置，第一顶板设于第三侧壁的上方并与第三侧壁形成一锐角，第二顶板设于第四侧壁的上方并与第四侧壁形成90度角，第五侧板的一侧边与第二顶板形成90度角、另一侧边与第一顶板形成锐角，从而形成所述模组座的腔体；

第五侧板上设有第一开孔；所述入射组件包括接头、转接座以及设于转接座内的第二光路；所述接头的一端与所述色差镜组连接，用于接收所述色差镜组返回的反射光线、另一端与第二光路连通，用于将入射光线通过第二光路传输至第一开孔，进而通过第一开孔传输到所述模组座的腔体内；

第一侧壁上设有第二开孔；所述反射组件包括反射镜安装组件和反射镜；反射镜安装组件的一端设于模组座外，反射镜安装组件的另一端安装有反射镜，并通过第二开孔延伸于模组座的腔体内；所述反射镜，用于将通过第一开孔输送到模组座腔体内的反射光线发射到安装于所述模组座的腔体底部的反射式光栅组件上；所述反射式光栅组件用于对反射光线进行反射；

第一顶板上安装有控制板，并且第一顶板上设有第四开孔；所述反射光线被反射式光栅组件反射后通过第四开孔被控制板接收，从而使得控制板将反射光线发送至外部的光谱分析仪。

6.根据权利要求5所述一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，所述第一顶板上安装有安装板，所述控制板设于所述安装板的上方；所述安装板上设有第三开孔；第三开孔与第四开孔正对设置，所述安装板与所述第一顶板通过螺钉固定连接；所述反射光线依次经过第三开孔、第四开孔后被控制板接收。

7.根据权利要求6所述一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，所述安装板上还设有控制板安装架，所述控制板安装于控制板安装架上；所述控制板安装架通过螺钉与安装板固定连接。

8.根据权利要求5所述一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，所述反射镜安装组件包括反射镜安装轴和反射镜转接部，所述反射镜安装轴的一端螺旋安装于反射镜转接部内，所述反射镜安装于反射镜转接部上；通过转动反射镜安装轴，带动反射镜装接部的转动，从而实现反射镜朝向的调整，实现反射光线经过反射镜的反射角度。

9.根据权利要求8所述一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，位于模组座的腔体外部的反射镜安装轴的一端设有固定旋钮，通过转动固定旋钮带动反射镜安装轴的转动。

10.根据权利要求5所述一种用于玻璃量测的色散式共焦传感器，其特征在于，所述光谱测量仪包括光栅底座，所述光栅底座安装于模组座的底部并穿过模组座的底板至所述模组座的腔体内，所述反射式光栅组件安装于光栅底座上。

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