[實用新型]一種基于平晶掃描的環境光自適應激光測徑裝置

有效

• 申請號: 201420528652.8
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN204255301U
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 沈洋;陳亮;周占春;蘇玲愛;徐珍寶;董艷燕;張淑琴
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種測量固件直徑的裝置，特別是利用一種新手段新技術測量高精度測量固件直徑的裝置，屬于光學測量領域。

背景技術

軸類工件直徑測量是最基本的尺寸測量任務之一，常見的接觸式測量設備包括三坐標測量機和圓柱度儀，經過實驗研究分析，接觸式測量效率低，難以實現在線測量；常見的非接觸測量方法包括投影法衍射法和激光掃描法，后者在工件外形尺寸測量中應用較為廣泛，且采用基于反射原理的方法居多，如依賴電機勻速轉動的轉鏡掃描測量系統、適合較大徑向尺寸測量的拋物面反射式測量系統、轉鏡反射面關于旋轉中心呈非對稱設計的差動式測量系統，此類系統在安裝時容易產生離焦現象；由兩個掃描單元利用角度參數計算工件直徑的無掃描物鏡測量系統涉及敏感環節較少，測量精度和穩定性較高，但是系統不易擴展。

激光掃描測徑儀是一種基于光學技術、現代激光、計算機、精密機械等多學科技術于一體的檢測系統，它是用可見激光作為光源，把被測對象的幾何尺寸經過掃描光學系統和光電變換系統轉變成電信號，再由計算機進行實時數據處理，給出測量結果?？梢苑奖銓崿F在線檢測工件的尺寸，具有高速度、高精度、非接觸測量等特點，目前已被廣泛應用于生產領域。

發明內容

本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種用平晶作為激光掃描發射器的核心元件以實現激光的出射與掃描；采用邊界檢測方法，提高信號邊界檢測的動態特性和準確度，從而有效抑制原測量信號幅值漂移對測量結果的影響。本發明利用普通光學透鏡就能實現高精度測徑，具有系統成本低，測量精度高且準確性高等特點。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

本實用新型裝置包括激光器、平行平晶、斬光盤、掃描電機、接收物鏡、光電信號接收和轉換器件。

所述的激光器是一種電激勵式的紅光半導體激光器，其運轉方式為連續型激光器，供電電壓為3-5V直流電，輸出功率范圍為0.4-5mW，發散角范圍為0.5-2mrad，激光器的出射激光平行于水平面向左。

所述的平行平晶是一種表面粗糙度數值和平面度誤差都極小的玻璃平面，它的作用主要是產生光波干涉條紋，測量直徑范圍為45-150mm，有效長度為200mm，其置于激光器和斬光盤中間。

所述的斬光盤置于激光光束束腰附近，通過掃面電機帶動勻速旋轉對激光束進行調制，用來模擬激光束掃描待測工件所產生的掃描信號。

所述的接收物鏡可使掃描光束經過透鏡后衍射光斑半徑大小為0.2mm左右，而硅光電二極管的光敏面積一般為1mm²，與光電檢測器件光敏面積尺寸匹配較好，可以保證邊界信號提取的精確度。

所述的光電信號接收和轉換器件選用與接收物鏡光敏面積匹配較好的硅光電二極管，將其放置于接收物鏡的焦點處，它的主要作用是將光信號轉換成為電流信號。

本實用新型中通過激光掃描測量工件厚度或直徑，這是成熟技術。本發明的發明點在于提供一種綜合利用平晶作為激光掃描發射器的核心、環境光自適應算法以及刀口標定RBF擬合的誤差分析方法快捷有效的來消除光束能量變化緩慢的影響，抑制信號幅值的漂移對測量結果的影響，有效改善邊界的衍射問題，降低了重復誤差對實驗測量值的影響，提高了測量精度。

與現有技術相比，本實用新型的優點：

(1)采用平晶作為激光掃描發射器的核心元件，激光透射轉動的平晶產生掃描光，利用內建環境光自適應算法使之轉化為高度平行的掃描光，通過平晶繞自身回轉軸線的轉動，出射光便會沿垂直光軸方向移動從而實現掃描；平晶轉動一周，出射光掃描兩次，通過兩次掃描范圍的差值便可大致估算出被測工件的直徑。此方法安裝調試簡單、掃描光平行度高，便于搭建；

(2)采用邊界檢測方法實現邊界檢測，對信號的處理更為科學，采集的信號更靈敏、有效；測量結果更為準確剔除了掃描轉鏡局部轉速非勻速問題，降低了抖動誤差；

(3)采用刀口標定RBF擬合法對數據進行標定擬合，可以實現誤差的均方根分析，多次測量后重復誤差大幅降低，測量精度隨之提高；

(4)設備對光學器件要求不高，成本不高，一般實驗室條件下就能搭建；

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為本實用新型邊界微分信號檢測原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明。