CN216206068U - 一种光谱共焦内径测量探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光谱共焦内径测量探头，包括固定架，所述固定架上安装有光谱共焦探头，光谱共焦探头远离固定架的一端安装有直角反射镜，直角反射镜设置于工件圆孔内。本光谱共焦内径测量探头，利用光谱共焦测量原理将位移信息变换到波长信息中去，在光谱共焦探头前端加一个90度直角反射镜，形成小型探头，结合多测头静态测量方式，对工件圆孔内部进行测量，实现了内径尺寸的微米级高精度测量，采用线光源进行光谱共焦测量，不同波长的单色光色散至工件圆孔的两侧内壁，并以相反的方向再次通过色散组件经由光源耦合器传导至光谱信号接收组件，可以有效的改善光谱共焦测量系统的测量精度，从而减少测量误差，提高测量精度。

Description

一种光谱共焦内径测量探头

技术领域

本实用新型涉及内径高精度测量技术领域，具体为一种光谱共焦内径测量探头。

背景技术

光谱共焦位移测量是利用共焦原理(confocalprinciple)和光学的轴向色差现象(phenomenonofanaxialchromaticaberration)对被测物的位移进行测量的光学测量过程，其中的共焦原理是指，从光源的成像面上接收到的光以缩小光圈(stopdown)的方式形成反射光；光学的轴向色差现象是光源的像发生光轴方向上的颜色漂移(colordrift)的现象。光谱共焦测量方法具有测量精度高，速度快，对被测表面的纹理、倾斜等因素不敏感，对材料无特殊要求等优点，在精密制造和超精密制造、微型机械、微细和超微细加工等精密工程中具有重要的应用和发展前景，目前内径高精度测量大多为接触式测量方式，接触式测量存在调节困难，测量过程易产生变形，且测量结果不精确等问题，针对这些缺陷，设计一种光谱共焦内径测量探头，是很有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光谱共焦内径测量探头，具有利用光谱共焦测量原理将位移信息变换到波长信息中去，在光谱共焦探头前端加一个90度直角反射镜，形成小型探头，结合多测头静态测量方式，对工件圆孔内部进行测量，实现了内径尺寸的微米级高精度测量，采用线光源进行光谱共焦测量，不同波长的单色光色散至工件圆孔的两侧内壁，并以相反的方向再次通过色散组件经由光源耦合器传导至光谱信号接收组件，可以有效的改善光谱共焦测量系统的测量精度，从而减少测量误差，提高测量精度的作用，可以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种光谱共焦内径测量探头，包括固定架，所述固定架上安装有光谱共焦探头，光谱共焦探头远离固定架的一端安装有直角反射镜，直角反射镜设置于工件圆孔内。

所述光谱共焦探头包括光源耦合器、保护套、上壳体、分光镜、光谱信号色散组件、下壳体、光源组件和光谱信号接收组件，上壳体卡接在下壳体的内壁上，上壳体内设有保护套，保护套的顶部左侧安装有光源组件，光源组件的右侧安装有光谱信号接收组件，保护套的顶部安装有光源耦合器，保护套的下方位于下壳体的内壁上安装有分光镜，分光镜的下方位于下壳体的底部设有光谱信号色散组件。

优选的，所述光源耦合器内设有发光件、导光光纤和滤光片，发光件的底部设有滤光片，滤光片的底部连接导光光纤，导光光纤远离滤光片的一端连接在插槽上，插槽远离导光光纤的一端穿过保护套连接在沉孔上，沉孔开设在下壳体的两侧内壁上，沉孔的开口端通过粘接固定设置有透光镜。

优选的，所述透光镜为玻璃材质或塑料材质，透光镜可以为平面镜或凹透镜。发光件为双色LED灯。

优选的，所述分光镜上设有分光面，分光镜一侧位于分光面的上方设置有吸光部件，与吸光部件的位置对应处位于分光面的下方设有出射面。

优选的，所述光谱信号色散组件包括负透镜、正透镜、准直镜和衍射透镜，负透镜的下表面粘接有正透镜，正透镜远离负透镜的一侧粘接有准直镜，准直镜远离正透镜的一侧粘接有衍射透镜。

优选的，所述光源组件包括白光LED光源、LED准直透镜和光纤聚焦镜，白光LED光源设置于LED准直透镜的正上方，LED准直透镜的下方设有光纤聚焦镜。

优选的，所述光谱信号接收组件包括准直镜组、衍射光栅、聚焦透镜组和线阵CCD相机，线阵CCD相机的正下方设有聚焦透镜组，聚焦透镜组的正上方设有衍射光栅，衍射光栅的正下方设有准直镜组，谱信号接收组件与外部控制器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本光谱共焦内径测量探头，利用光谱共焦测量原理将位移信息变换到波长信息中去，通过光谱共焦探头测量得出被测位移，在光谱共焦探头前端加一个90度直角反射镜，形成小型探头，结合多测头静态测量方式，对工件圆孔内部进行测量，利用谱共焦技术及其光学原理，实现了内径尺寸的微米级高精度测量。

2、本光谱共焦内径测量探头，采用线光源进行光谱共焦测量，白光LED光源经过LED准直透镜和光纤聚焦镜得到能量比较集中的光束，经过光源耦合器进入光谱信号色散组件得到不同波长的单色光，不同波长的单色光色散至工件圆孔的两侧内壁，并以相反的方向再次通过色散组件经由光源耦合器传导至光谱信号接收组件，可以有效的改善光谱共焦测量系统的测量精度，从而减少测量误差，提高测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的光谱共焦探头内部结构示意图；

图3为本实用新型部分结构示意图；

图4为本实用新型的光谱信号色散组件结构示意图；

图5为本实用新型的测量水平方向示意图。

图中：1、固定架；2、光谱共焦探头；21、光源耦合器；211、发光件；212、导光光纤；213、插槽；214、透光镜；215、滤光片；216、沉孔；22、保护套；23、上壳体；24、分光镜；25、光谱信号色散组件；251、负透镜；252、正透镜；253、准直镜；254、衍射透镜；26、下壳体；27、光源组件；28、光谱信号接收组件；3、直角反射镜；4、工件圆孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，一种光谱共焦内径测量探头，包括固定架1，固定架1上安装有光谱共焦探头2，光谱共焦探头2远离固定架1的一端安装有直角反射镜3，直角反射镜3设置于工件圆孔4内，光谱共焦探头2包括光源耦合器21、保护套22、上壳体23、分光镜24、光谱信号色散组件25、下壳体26、光源组件27和光谱信号接收组件28，上壳体23卡接在下壳体26的内壁上，上壳体23内设有保护套22，保护套22的顶部左侧安装有光源组件27，光源组件27包括白光LED光源、LED准直透镜和光纤聚焦镜，白光LED光源设置于LED准直透镜的正上方，LED准直透镜的下方设有光纤聚焦镜，光源组件27的右侧安装有光谱信号接收组件28，光谱信号接收组件28包括准直镜组、衍射光栅、聚焦透镜组和线阵CCD相机，线阵CCD相机的正下方设有聚焦透镜组，聚焦透镜组的正上方设有衍射光栅，衍射光栅的正下方设有准直镜组，谱信号接收组件28与外部控制器连接，保护套22的顶部安装有光源耦合器21，光源耦合器21包括发光件211、导光光纤212和滤光片215，发光件211的底部设有滤光片215，滤光片215的底部连接导光光纤212，导光光纤212远离滤光片215的一端穿过下壳体26连接在插槽213上，插槽213远离导光光纤212的一端连接在沉孔216上，沉孔216开设在下壳体26的内壁上，沉孔216的开口端通过粘接固定设置有透光镜214，透光镜214为玻璃材质或塑料材质，透光镜214可以为平面镜或凹透镜，发光件211为双色LED灯，发光件211为双色LED灯，当探头操作正常，发光件211发出绿色光，提醒使用者操作正常，可以继续操作，当探头操作不正常时，发光件211发出红光，提示使用者操作出现问题，需要更正，保护套22的下方位于下壳体26的内壁上安装有分光镜24，分光镜24上设有分光面，分光镜24一侧位于分光面的上方设置有吸光部件，与吸光部件的位置对应处位于分光面的下方设有出射面，分光镜24的下方位于下壳体26的底部设有光谱信号色散组件25，光谱信号色散组件25包括负透镜251、正透镜252、准直镜253和衍射透镜254，负透镜251的下表面粘接有正透镜252，正透镜252远离负透镜251的一侧粘接有准直镜253，准直镜253远离正透镜252的一侧粘接有衍射透镜254。

综上所述，本光谱共焦内径测量探头，设置的光谱共焦探头2安装于固定架1上，直角反射镜3安装于光谱共焦探头2前端，行程90°折射光线，利用光谱共焦测量原理将位移信息变换到波长信息中去，通过光谱共焦探头2测量得出被测位移，在光谱共焦探头2前端加一个90度直角反射镜3，形成小型探头，结合多测头静态测量方式，可进行圆孔、环规的非接触式高精度测量，将整个探头伸入工件圆孔4内部，确定光谱共焦探头2发出的光线可以照射到工件圆孔或环规4内壁上，微调光谱共焦探头2水平及其垂直方向位置，垂直方向微调至数据最小值，水平方向微调至数据最大值，此值即为工件圆孔或环规4实测直径。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种光谱共焦内径测量探头，包括固定架（1），其特征在于：所述固定架（1）上安装有光谱共焦探头（2），光谱共焦探头（2）远离固定架（1）的一端安装有直角反射镜（3），直角反射镜（3）设置于工件圆孔（4）内；

所述光谱共焦探头（2）包括光源耦合器（21）、保护套（22）、上壳体（23）、分光镜（24）、光谱信号色散组件（25）、下壳体（26）、光源组件（27）和光谱信号接收组件（28），上壳体（23）卡接在下壳体（26）的内壁上，上壳体（23）内设有保护套（22），保护套（22）的顶部左侧安装有光源组件（27），光源组件（27）的右侧安装有光谱信号接收组件（28），保护套（22）的顶部安装有光源耦合器（21），保护套（22）的下方位于下壳体（26）的内壁上安装有分光镜（24），分光镜（24）的下方位于下壳体（26）的底部设有光谱信号色散组件（25）。

2.根据权利要求1所述的一种光谱共焦内径测量探头，其特征在于：所述光源耦合器（21）内设有发光件（211）、导光光纤（212）和滤光片（215），发光件（211）的底部设有滤光片（215），滤光片（215）的底部连接导光光纤（212），导光光纤（212）远离滤光片（215）的一端连接在插槽（213）上，插槽（213）远离导光光纤（212）的一端穿过保护套（22）连接在沉孔（216）上，沉孔（216）开设在下壳体（26）的两侧内壁上，沉孔（216）的开口端通过粘接固定设置有透光镜（214）。

3.根据权利要求2所述的一种光谱共焦内径测量探头，其特征在于：所述透光镜（214）为玻璃材质或塑料材质，透光镜（214）可以为平面镜或凹透镜，发光件（211）为双色LED灯。

4.根据权利要求1所述的一种光谱共焦内径测量探头，其特征在于：所述分光镜（24）上设有分光面，分光镜（24）一侧位于分光面的上方设置有吸光部件，与吸光部件的位置对应处位于分光面的下方设有出射面。

5.根据权利要求1所述的一种光谱共焦内径测量探头，其特征在于：所述光谱信号色散组件（25）包括负透镜（251）、正透镜（252）、准直镜（253）和衍射透镜（254），负透镜（251）的下表面粘接有正透镜（252），正透镜（252）远离负透镜（251）的一侧粘接有准直镜（253），准直镜（253）远离正透镜（252）的一侧粘接有衍射透镜（254）。

6.根据权利要求1所述的一种光谱共焦内径测量探头，其特征在于：所述光源组件（27）包括白光LED光源、LED准直透镜和光纤聚焦镜，白光LED光源设置于LED准直透镜的正上方，LED准直透镜的下方设有光纤聚焦镜。

7.根据权利要求1所述的一种光谱共焦内径测量探头，其特征在于：所述光谱信号接收组件（28）包括准直镜组、衍射光栅、聚焦透镜组和线阵CCD相机，线阵CCD相机的正下方设有聚焦透镜组，聚焦透镜组的正上方设有衍射光栅，衍射光栅的正下方设有准直镜组，谱信号接收组件（28）与外部控制器连接。

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