专利名称：一种光学零件几何参数非接触测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种几何量的非接触光学测量领域，具体是一种光学零件几何参 数非接触测量装置。
背景技术：
目前非接触式的光学零件几何参数(厚度、中心高、移动距离)的测量方法，主 要有光度型(机械扫描型)和光谱型。EP0M8552A1公开了一种由斜入射的激光器，测 量平板透明材料的厚度，以及CN1132348A中改进其光偏转机构，此类设备仅仅用于平板 零件的厚度的检测，不能检测检测平凹、平凸、凹凸等光学零件以及距离；JP5018716(A) 公开了一种基于扫描物镜的零件几何厚度的测量方法，由于机械扫描的应用，速度慢，不 适用于在线快速测量。Matthias和Jochen Schulza在PhotonikQ004年第6期)发表 "MittendikkevonLinsen beruhrungslos messen” 中公布了一种利用光谱扫描获得光学 零件的几何厚度的方法，利用光谱扫描技术找到零件上下表面对应的两个峰值波长，通 过计算获得零件的几何厚度；CN10134%45A(公开号)公开了一种装置，其基本原理同于 Matthias和Jochen Schulza的文章，在装置的几何结构上改进后，适合测量具有柱面结构 的零件厚度以及使用多台设备集成后能够提高空间分辨率；JP2007024689(A)公开一种基 于光色散测量热玻璃的几何厚度，原理等同于Matthias和Jochen Schulza的文章。该类 型装置由于原理是基于光色散，因此需要昂贵的光谱仪作为探测元件；并且可用的波长范 围有限，以至于所设计光学镜头的离焦量有限，限制其测量范围，一般在几十毫米之下；并 且要求谱仪分辨率很高，设备成本昂贵。此外还有大家公知的利用干涉进行非接触测量的， 该类方法通过判读干涉图，获得被测零件的几何参数信息，该类方法极易受到环境因素的 影响，比如振动等，且光路复杂。实用新型内容本实用新型要提供一种光学零件几何参数非接触测量装置，其可对厚度、移动距 离和中心高进行测量的方法，以克服现有技术存在的速度慢，测量动态范围小，成本昂贵， 不适用于在线快速测量的问题。为了克服现有技术存在的问题，本实用新型提供的技术方案是一种光学零件几何参数的非接触测量装置，包括控制和计算单元、光开关驱动、测 量组件和探测光路组件，所述测量组件是在同一光轴上依次设置的光源、准直物镜、第一光 开关、第一透镜和分光镜，所述探测光路组件是在分光镜的反射光路上依次设置的第二透 镜、第二光开关、成像物镜、光栏和探测器，其中光开关驱动分别与第一光开关和第二光开 关相接，光开关驱动还通过控制和计算单元与探测器相接。上述第一透镜和第二透镜是锥透镜或螺纹透镜。上述光源是激光光源或者LED光源。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果[0009]1、摒弃了光谱扫描和机械物镜扫描的方法，利用光开关实现电扫描，比光谱扫描 类仪器成本低，稳定性好；比机械扫描类仪器速度快，适合快速在线测量。2、由于不存在所用光波波长的限制，可以实现比光谱扫描类仪器大的测量动态范围。3、仪器结构简单，容易加工，适用于工厂现场环境。

图1本实用新型测量装置的结构示意图；图2是分别瞄准前、后表面时采集到的能量峰值图；图3是透射环状光带的示意图；附图标记如下1-光源，2-成像物镜，3-光栏，4-准直物镜，5-第一光开关，6_光开关驱动，7_第 一透镜，8-控制和计算单元，9-探测器，10-零件，11-透光带，12-分光镜，13-第二透镜， 14-第二光开关。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型进行详细地说明。光学零件几何参数非接触测量首先是对平行光进行电扫描光开关的调制，形成环 带状平行光，经锥透镜(螺纹透镜)会聚实现不同距离的会聚点，利用会聚点瞄准并识别光 学零件的表面，从而实现对光学零件几何厚度、移动距离以及光学透镜中心高的测量。参见图1，本实用新型提供的另一种光学零件几何参数的非接触测量装置，其光路 形式是分光路形式，包括控制和计算单元8、光开关驱动6、测量组件和探测光路组件，所述测量组件 是在同一光轴上依次设置的光源1、准直物镜4、第一光开关5、第一透镜7和分光镜12，所 述探测光路组件是在分光镜12的反射光路上依次设置的第二透镜13、第二光开关14、成像 物镜2、光栏3和探测器9，其中光开关驱动6分别与第一光开关5和第二光开关14相接， 光开关驱动6还通过控制和计算单元8与探测器9相接。所说的第一透镜7和第二透镜13 是螺纹透镜；所说的光源1是具有良好单色性的激光光源。其优点在于探测器9上获得的 零件10前后表面的信号的信噪比较高。图1中改变锥棱镜的锥角θ和有效口径，便可方便设计出不同测量动态范围的设 备，具体的例子比如光学系统的有效口径500毫米，锥棱镜的锥角设计为20度，材料折射率 为1. 52，则系统的测量动态范围可从0. 01毫米-410毫米，配合选用的光开关的物理分辨 率，可以从市场上购买到，测量灵敏度/分辨率可达到2微米以下，配合相应的精度提高算 法，分辨率可以进一步提高，在这种情况下完全可以满足光学加工中透镜等光学零件10的 几何厚度的要求。下表给出几种典型的设计结果[0022]
权利要求1.一种光学零件几何参数非接触测量装置，其特征在于包括控制和计算单元(8)、光 开关驱动(6)、测量组件和探测光路组件，所述测量组件是在同一光轴上依次设置的光源 (1)、准直物镜(4)、第一光开关(5)、第一透镜(7)和分光镜(12)，所述探测光路组件是在分 光镜(12)的反射光路上依次设置的第二透镜(13)、第二光开关(14)、成像物镜(15)、光栏 (3)和探测器(9)，其中光开关驱动(6)分别与第一光开关(5)和第二光开关(14)相接，光 开关驱动(6 )还通过控制和计算单元(8 )与探测器(9 )相接。
2.如权利要求1所述的一种光学零件几何参数非接触测量装置，其特征在于所述第 一透镜(7)和第二透镜(13)是锥透镜或螺纹透镜。
3.如权利要求1或2所述的一种光学零件几何参数非接触测量装置，其特征在于所 述光源(1)是激光光源或者LED光源。
专利摘要本实用新型涉及一种光学零件几何参数非接触测量装置。现有装置存在速度慢，测量动态范围小，成本昂贵，不适用于在线快速测量。本实用新型的测量装置包括控制和计算单元、光开关驱动、测量组件和探测光路组件，所述测量组件是在同一光轴上依次设置的光源、准直物镜、第一光开关、第一透镜和分光镜，所述探测光路组件是在分光镜的反射光路上依次设置的第二透镜、第二光开关、成像物镜、光栏和探测器，其中光开关驱动分别与第一光开关和第二光开关相接，光开关驱动还通过控制和计算单元与探测器相接。本实用新型具有以下优点成本低，稳定性好，适合快速在线测量，可以实现比光谱扫描类仪器大的测量动态范围，同时仪器结构简单，容易加工。
文档编号G01B11/06GK201837373SQ201020518719
公开日2011年5月18日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者刘缠牢, 梁海锋 申请人:西安工业大学