[發明專利]具有參考光束的激光位移傳感器

在審

• 申請號: 201610363291.X
• 申請日: 2016-05-30
• 公開（公告）號: CN107449364A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 上海礪晟光電技術有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種位移測量技術領域的傳感器，具體是一種具有參考光束的激光位移傳感器。

背景技術

目前，制造業作對各種在線檢測手段也提出了越來越高的要求，除了高精度、非接觸、數字化等測量性能要求之外，對于穩定性、通用性、互換性等維護性能的要求也是與日俱增，以期不斷降低維護成本，已經成為公認的在線檢測領域的未來趨勢。其中，位移是一項重要的測量內容，被廣泛應用在工業檢測的各個領域中。激光三角位移傳感器作為光電檢測中的一種非接觸式測量方法，具有測量速度快、精度高、抗干擾能力強、測量點小、適用范圍廣等優點，受到越來越廣泛的關注。

但是目前世界上現有的激光位移傳感器基本上都存在一個共同的問題：由于采用半導體激光二極管作為光源，而激光二極管自身存在明顯的不穩定性，導致激光二極管發出的激光束的指向性存在漂移。而這種漂移將直接產生測量誤差，嚴重降低位移傳感器的測量精度。

為了解決上述問題，有些學者提出雙CCD技術方案（例如天津大學張偉娜的學位論文《用于橡膠厚度測量的雙光路位移傳感器的研制》），采用兩個CCD對稱分布于激光發光平面的兩側，同時接收漫發射光，即在兩個CCD上同時獲得兩個定位結果，通過數據處理可以計算出被測位移值。這種方法可以有效解決激光束指向性漂移。但是，這種方法也存在一定的限制，主要在于同時采用兩套光電器件，將導致傳感器的電路系統非常復雜、成本大幅度提高、外形體積也顯著增加，導致傳感器的性價比大幅度下降。因此，這種方法并沒有成功應用于傳感器產品之中。

發明內容

本發明的目的在于針對現有激光位移傳感器的激光指向性漂移帶來的測量精度下降問題，提出一種具有參考光束的激光位移傳感器方法，可有效抑制激光漂移。

本發明的激光位移傳感器在發射鏡組前端加入一個半反半透鏡，分出一束激光形成參考光束。該參考光束通過一塊反射鏡反射后投向光電器件之上，形成一個參考波形。這樣，在光電器件上可以形成兩個波形，通過數據處理不僅可以得到被測位移值，而且還可以有效抑制激光束指向性的漂移對測量精度的影響。本發明的激光位移傳感器只有一個光電器件、一個接收鏡組，電路系統保持不變，系統簡單、成本低、性價比高、實用性強。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明的激光位移傳感器主要包括：一個激光器、一個發射鏡組、一個半反半透鏡、一個反射鏡、一個接收鏡組、一個光電器件、測控電路、外殼和電纜等元件。

本發明的激光位移傳感器的特殊之處在于，在發射鏡組前端加入一個半反半透鏡，從而產生兩束激光：一束透過半反半透鏡，形成測量光束；另一束經過半反半透鏡后發射，形成參考光束。測量光束照射到被測目標的表面上并形成一個測量光斑，該測量光斑通過接收鏡組后成像在光電器件敏感面上，并形成一個測量波形。參考光束經過一個反射鏡后也投射到光電器件敏感面上，并形成另一個參考波形。這樣，在光電器件上同時得到兩個波形，光電器件將兩個波形的信號傳送到測控電路，測控電路通過一定的算法得到被測物體的位移測量結果，并將位移測量結果形成標準數字信號，通過電纜傳送給其他設備。

本發明的激光器可以采用激光二極管等小型激光器，優先選用半導體激光二極管，要求輸出光強穩定，輸出光束截面形狀為單峰且持續穩定。同時，為了滿足測控要求，該激光二極管不僅是可以持續發光的，而且是可以連續調制的，調制頻率和脈沖寬度均為連續可調的。

本發明的發射鏡組是同時具有聚焦與準直功能的光學鏡組，保證激光束在被測目標表面形成的測量光斑在整個測量量程范圍內保持最小，而且基本不變。

本發明的半反半透鏡的特殊之處在于，該半反半透鏡的投射反射比例并不是50%:50%的。為了保證測量光束具有足夠的強度，同時為了避免參考光束直接投向光電器件產生飽和現象，半反半透鏡的投射反射比例應不超過70%:30%。

本發明的反射鏡的特殊之處在于，反射鏡的布局需要保證投向光電器件的參考光束方向與接收鏡組的光軸平行，從而保證參考波形與測量波形的對稱性，以便消除激光指向性漂移的影響。

本發明的接收鏡組的采用低像差平場鏡組，減少成像誤差。

本發明的濾光片與接收鏡組平行布置，可以有效避免被測目標移動時產生的成像偏差。此外，本發明的濾光片采用與激光二極管的波長吻合的窄帶濾光片，可以減少環境光的干擾和影響，保持傳感器工作的穩定性和可靠性。