[發明專利]基于橢圓柱內反射鏡的位移檢測裝置

有效

• 申請號: 201010284037.3
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN101963492A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發明（設計）人: 王平江;黃雅婷;李佳佳;陳吉紅;唐小琦
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;武漢華中數控股份有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明涉及光電檢測領域，使用光學成像原理來檢測待測物體相對位移的非接觸的位移檢測裝置。

背景技術

光電檢測技術是一種非接觸測量的高新技術，它以光信號為載體，以光電器件為基礎，通過對載有被測物體幾何量或物理量的光信號進行檢測、分析，而得到被測物體的幾何參數，即通過光電檢測器件接收光信號并轉換為電信號，由輸入電路、放大濾波等檢測電路提取有用信息，再經A/D變換接口輸入計算機運算、處理，最后顯示或打印輸出所需檢測物體的幾何量或物理量等參數。本發明涉及光學、激光技術、精密機械、電子學、光電傳感技術和計算機技術等多學科技術領域，是光、機、電、算一體化檢測儀器和設備，具有高速度、高精度、非接觸、便于數字化、便于計算機實時數據處理和控制、抗干擾能力強、可實現在線檢測等特點，可滿足現代工業生產發展的需要，其應用領域幾乎可以覆蓋所有制造業，應用前景十分廣闊，對提高產品質量、提高生產效率、降低勞動強度、提高經濟效益具有重要意義。

隨著現代化生產和加工技術的發展，對于加工零件的檢測速度與精度有了更高的要求，向著高速度、高精度、非接觸和在線檢測的方向發展。目前國內外對基于光電檢測技術的非接觸位移檢測技術進行了大量研究。中國科學技術大學提出了基于CCD的光纖式位移檢測技術，檢測系統的發射部分安裝在待測的運動件上，檢測系統采用面陣CCD攝像機獲取被測光纖端部出射光斑圖像的灰度分布，由灰度加權平均法提取光斑的特征點，通過檢測特征點的位移獲得光纖的位移，從而得到被測件的位移，系統的穩定性為1.5μm，系統達到亞像元級的分辨率(參見“基于CCD的光纖式位移檢測技術”，李為民，俞巧云，胡紅專等。中國科學技術大學學報，第33卷，第1期，2003)。還有南京航空航天大學航空宇航學院也提出了一種利用光反射原理測量小位移的新方法，利用玻璃球鏡面(鏡面鍍有增強光反射涂層)光反射原理，當光沿著水平方向照射到球形玻璃面上時，入射光會反射回來，此時，當玻璃球進行上下垂直運動時，會引起入射光入射角發生改變，其反射光反射方向隨之發生改變，這樣便可以利用入射光與反射光之間距離的差值來進行小位移量測量，測量精度較高，實現容易，成本較低(參見“一種利用光反射原理測量小位移的新方法”，陳仁文，孫亞飛，陳勇；光譜學與光譜分析，第24卷，第1期，2004)。

上述二份文獻中，前者要把發射器安裝到待測物體上，后者要把玻璃球固定到待測物體上，這樣的測量方式對于很多情況是不適用的。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種基于橢圓柱內反射鏡的非接觸位移檢測裝置，該裝置操作簡單，檢測精度高。

本發明提供的一種基于橢圓柱內反射鏡的位移檢測裝置，其特征在于，該裝置包括點光源激光器、凸透鏡、橢圓柱內反射鏡和線陣感光元件；

凸透鏡只留有光心透光區和環形透光區，其余部分涂有不透光膜；

橢圓柱內反射鏡的外表面鍍金屬反射膜，其形狀為部分截除的橢圓柱體，截面S過橢圓柱內反射鏡的第二焦線，該截面平行于橢圓柱內反射鏡的短軸B，在橢圓柱內反射鏡的第一焦線處開有直徑為0.2mm～0.5mm的通孔，通孔內涂有光致發光物質或漫反射材料；

線陣感光元件粘結在截面S上，且線陣感光元件的感光面貼近橢圓柱內反射鏡，且與截面S及第一焦線平行，并使線陣感光元件的兩外表面P、Q與橢圓柱內反射鏡的兩焦線所在平面對稱，使線陣感光元件上的感光元素充分接受反射光；

橢圓柱內反射鏡與激光器位于凸透鏡的同一側，點光源激光器放在凸透鏡的光軸上，使其發出的光平行于凸透鏡的光軸，橢圓柱內反射鏡的第一焦線上涂有光致發光物質或漫反射材料，且第一焦線與凸透鏡的主光軸重合；

激光器位于凸透鏡與橢圓柱內反射鏡之間，點光源激光器前端面與凸透鏡的距離s應根據點光源激光器的工作距離s₀和待測物體與凸透鏡的平均距離確定，它們滿足的關系；

設f為凸透鏡的焦距，l為待測物體與凸透鏡光心的距離，f和l滿足f≤l≤2f；

匯聚點是指點光源激光器發射的光線，透過凸透鏡的光心透光區，經待測物體漫反射后，透過環形透光區在凸透鏡的光軸上的匯聚點。設l′為匯聚點在凸透鏡的光軸上的移動范圍，線陣感光元件的長度至少應大于光軸上光線匯聚點的最大移動范圍2～3mm，橢圓柱內反射鏡的長度等于線陣感光元件的長度，并根據l′的范圍來確定橢圓柱內反射鏡的前端面與凸透鏡光心的距離a₂，a₂比l′_min小1～2mm，其中l′_min為匯聚點在凸透鏡的光軸上的移動范圍中的最小值；