CN212963947U

CN212963947U - 一种光谱共焦传感器线性度标定装置

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Publication number: CN212963947U
Application number: CN202022343530.XU
Authority: CN
Inventors: 沈玙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2030-10-20

Abstract

本实用新型涉及一种光谱共焦传感器线性度标定装置，包括圆形平晶及其位移夹持装置、光谱共焦传感器探头及其调整装置、激光干涉仪和隔震台。所述圆形平晶两侧镀有反射镀层，在两侧镀层非圆心的一对应位置处酸洗刻蚀出一微小孔；所述圆形平晶位移夹持装置包括V型槽、导轨和曲柄滑块运动机构；V型槽对圆形平晶进行定位，曲柄滑块运动机构可将电机输出的转动转化为滑块在导轨上的往复平动；滑块具有定位夹持机构，夹持圆形平晶。光谱共焦传感器探头安装在位姿调整装置上，其调整装置和激光干涉仪、V型槽均通过磁性吸附结构安装在隔震台上。

Description

一种光谱共焦传感器线性度标定装置

技术领域

本实用新型属于精密测距传感技术领域，具体涉及一种光谱共焦传感器线性度标定装置。

背景技术

随着光谱共焦测距技术的发展，光谱共焦传感器在现代工程领域得到日益广泛的应用，其具备测量精度高、适用范围广的特点。光谱共焦传感器主要包含传感器探头和光谱分析仪两个部分，测距原理是被测物体在传感器透镜组主光轴上的不同的轴向位置与焦点位于该点处的单色光的波长间建立了一一的对应关系。由于光学元件、镜片的定位零件的制造公差等影响因素，光谱共焦传感器内的光谱分析仪输出的波长信息与位移的真实值之间实际上不能呈现严格的线性对应关系，这就引入了非线性误差。为保证光谱共焦传感器具备较高的测量精度与准确度，在使用前需要对其测量数据的线性度进行标定。

目前的光谱共焦传感器线性度标定方法往往基于离散的少数几个数据点，难以真实反映出光谱共焦传感器在全量程范围内的线性度。如果要得到更多的测点以得出更精确的标定结果，需要反复安装、校准标定设备，工作量大，效率低，并且会额外引入随机误差。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够测量大量测点，并且只需一次校准的光谱共焦传感器线性度标定装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种光谱共焦传感器线性度标定装置，包括圆形平晶及其位移夹持装置、光谱共焦传感器探头及其调整装置、激光干涉仪和隔震台；所述圆形平晶两侧镀有反射镀层，两个镀层在非圆心的一对应位置处设有一个微小孔；所述圆形平晶位移夹持装置包括一V型槽、导轨和曲柄滑块运动机构；所述圆形平晶通过V型槽定位；所述导轨固连在V型槽内；所述曲柄滑块运动机构包括一滑块、一曲柄及一连杆，曲柄通过连杆与滑块连接，曲柄与连杆之间、连杆与滑块之间通过销轴连接；所述滑块底部开有通孔，滑块通过通孔套在导轨上实现往复运动；所述滑块具有定位夹持机构，夹持圆形平晶以限制圆形平晶平动过程中俯仰角度的变化；所述光谱共焦传感器调整装置包括定位孔、倾斜台、旋转台和二向微动平台，所述光谱共焦传感器探头夹持于定位孔中，定位孔固连在具有二自由度的倾斜台上，倾斜台连接在旋转台上，旋转台安装在二向微动平台上；所述激光干涉仪自身具备位姿调节机构；所述V型槽、二向微动平台和激光干涉仪通过磁性吸附结构安装在隔震台上。

进一步地，所述圆形平晶可以用酸洗的方法在两侧镀层非圆心的一对应位置处刻蚀出一微小孔。

进一步地，所述V型槽为高精密磨削V型槽，V型槽中心槽底有一矩形槽，所述导轨固连在所述矩形槽内。

进一步地，所述滑块的定位夹持机构为所述滑块上方设矩形开口，开口宽度与所述圆形平晶厚度一致，用以夹持圆形平晶。

进一步地，所述滑块的定位夹持机构还可以设置加强筋，用以限制定位夹持机构的弹性变形。

本实用新型具有如下优点：

根据本实用新型提供的一种光谱共焦传感器线性度标定装置，因为设计了标准平晶的位移机构，可使光谱共焦传感器线性度标定过程中传感器探头和激光干涉仪保持固定，只需一次校准，即可测得传感器全量程内大量测点。避免了多次装夹传感器探头引入新的随机误差的情形，使得对探头定位孔加工精度的要求相应降低，提升了结构工艺性。另外，本实用新型提供的圆形平晶具有一微小孔，便利了校准激光干涉仪和传感器探头，使其出射的测量光束均正交于平晶，成本低廉，定位效率高，并且借助光束本身进行校准，可以确保很高的垂直度。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中圆形平晶的结构示意图。

图2是本实用新型的实施例中V型槽及导轨的结构示意图。

图3是本实用新型的实施例中曲柄滑块机构的结构示意图。

图4是本实用新型的实施例中滑块的结构示意图。

图5是本实用新型的实施例中曲柄的结构示意图。

图6是本实用新型的实施例中连杆的结构示意图。

图7是本实用新型的实施例中销轴的结构示意图。

图8是本实用新型的实施例中圆形平晶及其位移夹持装置的结构示意图。

图9是本实用新型的实施例中光谱共焦传感器探头及其调整装置的结构示意图。

图10A是本实用新型的实施例中定位孔的结构示意图。

图10B是本实用新型的实施例中倾斜台的结构示意图。

图10C是本实用新型的实施例中旋转台的结构示意图。

图10D是本实用新型的实施例中二向微动平台的结构示意图。

图11是本实用新型的实施例中光谱共焦传感器线性度标定装置的结构示意图。

附图标记：1、圆形平晶；11、镀层；12、小孔；2、V型槽；21、V槽；22、矩形槽；23、底座；3、导轨；4、曲柄滑块运动机构；41、曲柄；411、销孔；42、连杆；421、销孔；43、滑块；431、通孔；432、矩形开口；433、销孔；44、销轴；5、传感器探头；6、光谱共焦传感器调整装置；61、定位孔；62、倾斜台；63、旋转台；64、二向微动平台；7、激光干涉仪；8、隔震台。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型的一种光谱共焦传感器线性度标定装置作具体阐述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例的圆形平晶1为位移标定用元件，圆形平晶1两侧镀有反射镀层11，在两侧镀层11非圆心的对应位置处用酸洗的方法刻蚀出一对小孔12，用以通过光束。

图2为本实施例的V型槽及导轨的结构示意图，如图2所示，V型槽2是底座23与V槽21一体的结构。V槽21通过高精密磨削制成，用以对圆形平晶1进行定位。V槽21中心底部开设一矩形槽22，导轨3固连在矩形槽22内。

图3为本实施例的曲柄滑块机构的结构示意图，如图3所示，曲柄滑块机构4由曲柄41、连杆42和滑块43组成，参阅图4、图5及图6。曲柄41上设有两个销孔411，在本实施例的具体操作过程中，一个销孔411用以插入电机转轴，另一销孔411用以与连杆42连接。连杆42上设有两个销孔421，一个销孔421用以与曲柄41连接，另一销孔421用以与滑块43连接。曲柄41与连杆42、连杆42与滑块43均通过销轴44连接，各部件可以相对转动，连接方式与销轴结构参阅图3及图7。滑块43如图4所示，滑块43底部开有通孔431，滑块43通过通孔431套在导轨3上实现往复运动。为限制圆形平晶1平动过程中俯仰角度的变化，在滑块43上方设矩形开口432，矩形开口432宽度与圆形平晶1厚度一致，用以夹持圆形平晶1。滑块43一侧开有销孔433，用以通过销轴44与连杆42连接。曲柄滑块机构4的尺寸设计需要依照被标定的光谱共焦传感器的最大量程范围设计。本实用新型的一较佳实施例是为了标定正负4mm的光谱共焦传感器，曲柄41长度设计为4mm，连杆长度设计为10mm。

图8为本实施例的圆形平晶及其位移夹持装置的结构示意图，圆形平晶1装置于曲柄滑块机构4上，并通过V槽21定位。曲柄滑块机构4装置于导轨3上，导轨3固连在V型槽2内，各部件详细夹持连接方式如上所述，在此不赘述。

图9是本实施例的光谱共焦传感器探头及其调整装置的结构示意图，传感器探头5使用一定位孔61进行夹持，在实施例的具体操作过程中，传感器探头5外接光谱共焦传感器。为保证传感器探头5垂直对准圆形平晶1，传感器探头5通过光谱共焦传感器调整装置6实现其位姿在四个自由度上可调。光谱共焦传感器调整装置6包括倾斜台62、旋转台63及二向微动平台64，具体部件结构参阅图10A、图10B、图10C及图10D。定位孔61固连在二自由度的倾斜台62上，倾斜台62下方连接旋转台63，旋转台63安装在最下方的二向微动平台64上。

图11为本实施例的光谱共焦传感器线性度标定装置的结构示意图。其中各装置具体结构与原理如上所述，在此不赘述。如图11所示，激光干涉仪7与传感器探头5及光谱共焦传感器调整装置6分别置于V型槽2两侧，目的是通过对射的方法，让激光干涉仪7与传感器探头5从两个方向同时测量圆形平晶1的两个镀层11的位置信息。激光干涉仪7、光谱共焦传感器调整装置6及V型槽2均通过磁性吸附结构安装在隔震台8上。

本实用新型的具体实施方法是：

1. 根据待标定的光谱共焦传感器量程选择合适尺寸的曲柄滑块机构4，并安装在V型槽2上，将圆形平晶1安装在滑块43的矩形开口432内夹持固定。V型槽2、激光干涉仪7、传感器探头5和光谱共焦传感器调整装置6按图11所示位置放置。

2. 打开激光干涉仪7，调整其位姿，使激光干涉仪7射出的测量光束通过圆形平晶1镀层11上的小孔12，光束从圆形平晶1另一端出射，以保证激光干涉仪7的出射光束与圆形平晶1表面正交，调整完成后固定激光干涉仪7。

3. 关闭激光干涉仪7，打开传感器探头5外接的光谱共焦传感器，其出射光束通过传感器探头5出射，调整光谱共焦传感器调整装置6，使得出射光束通过镀层11上的小孔12并从圆形平晶1另一端射出，以保证传感器探头5与激光干涉仪7的出射光线在空间中共线，并且均与圆形平晶1正交。调整完成后固定传感器探头5。

4. 将圆形平晶1转过一个角度，但保持位置不变，使得两侧出射的测量光束不再通过小孔12，而是照射在圆形平晶1的镀层11上，从而使测量光束经镀层11反射后得出测量读数。

5. 利用V型槽2对圆形平晶1进行定位，在曲柄41不与连杆42相连的一端销孔411内插入电机转轴，利用曲柄滑块机构4将电机输出的转动转化为圆形平晶1在V型槽2内的往复平动。与此同时，激光干涉仪7与传感器探头5连续测量，即可连续测得大量测点。

上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种光谱共焦传感器线性度标定装置，其特征在于：包括圆形平晶及其位移夹持装置、光谱共焦传感器探头及其调整装置、激光干涉仪和隔震台；所述圆形平晶两侧镀有反射镀层，两个镀层在非圆心的一对应位置处设有一个微小孔；所述圆形平晶位移夹持装置包括一V型槽、导轨和曲柄滑块运动机构；所述圆形平晶通过V型槽定位；所述导轨固连在V型槽内；所述曲柄滑块运动机构包括一滑块、一曲柄及一连杆，曲柄通过连杆与滑块连接，曲柄与连杆之间、连杆与滑块之间通过销轴连接；所述滑块底部开有通孔，滑块通过通孔套在导轨上实现往复运动；所述滑块具有定位夹持机构，夹持圆形平晶以限制圆形平晶平动过程中俯仰角度的变化；所述光谱共焦传感器调整装置包括定位孔、倾斜台、旋转台和二向微动平台，所述光谱共焦传感器探头夹持于定位孔中，定位孔固连在具有二自由度的倾斜台上，倾斜台连接在旋转台上，旋转台安装在二向微动平台上；所述激光干涉仪自身具备位姿调节机构；所述V型槽、二向微动平台和激光干涉仪通过磁性吸附结构安装在隔震台上。

2.根据权利要求1所述的一种光谱共焦传感器线性度标定装置，其特征在于：所述圆形平晶可以用酸洗的方法在两侧镀层非圆心的一对应位置处刻蚀出一微小孔。

3.根据权利要求1所述的一种光谱共焦传感器线性度标定装置，其特征在于：所述V型槽为高精密磨削V型槽，V型槽中心槽底有一矩形槽，所述导轨固连在所述矩形槽内。

4.根据权利要求1所述的一种光谱共焦传感器线性度标定装置，其特征在于：所述滑块的定位夹持机构为所述滑块上方设矩形开口，开口宽度与所述圆形平晶厚度一致，用以夹持圆形平晶。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种光谱共焦传感器线性度标定装置，其特征在于：所述滑块的定位夹持机构还可以设置加强筋，用以限制定位夹持机构的弹性变形。