本發(fā)明涉及一種光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的傳感器，尤其是涉及了一種雙光路型激光位移傳感器。

背景技術(shù)：

由于激光位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、高精度、測(cè)量速度快、可實(shí)時(shí)處理等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種幾何參數(shù)檢測(cè)、表面形貌測(cè)量和三維建模等方面。

激光位移傳感器適用于大部分被測(cè)表面，不過被測(cè)表面的粗糙度、顏色和傾斜度會(huì)導(dǎo)致光斑重心偏移從而產(chǎn)生測(cè)量誤差，并且傳統(tǒng)的單光路激光位移傳感器在測(cè)量溝槽輪廓時(shí)會(huì)遇到測(cè)量盲區(qū)的問題。

為解決以上問題，常見的改進(jìn)做法為在激光器兩側(cè)布置兩套接收鏡組和光敏器件，通過對(duì)兩個(gè)光斑數(shù)據(jù)處理來補(bǔ)償光斑重心偏移，也增大了傳感器接收漫反射光的角度。

現(xiàn)有技術(shù)中存在設(shè)計(jì)有兩片全反射鏡來改變成像光束的方向，減小了測(cè)頭的外形尺寸，同時(shí)可以增大接收鏡組的后截距，獲得更高的靈敏度。但是上述都需要采用兩套接收鏡組和光敏器件，不可避免地增加了傳感器的體積，并且兩套接收鏡組和光敏器件的安裝對(duì)稱性要求也給系統(tǒng)的裝配調(diào)試帶來了難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)激光測(cè)量現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種雙光路型激光位移傳感器，結(jié)構(gòu)緊湊、成本低并且對(duì)裝配要求低，能夠解決被測(cè)表面上光斑重心偏移帶來的誤差問題，提高測(cè)量準(zhǔn)確度。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：

采用雙光路結(jié)構(gòu)，包括殼體和安裝在殼體內(nèi)的光敏器件、接收鏡組、分光鏡、激光器、發(fā)射鏡組、右反射鏡、濾光片和左反射鏡，分光鏡、激光器、發(fā)射鏡組和濾光片沿同一直線方向依次布置，濾光片安裝在殼體的側(cè)壁上，測(cè)量時(shí)濾光片朝向被測(cè)表面；左反射鏡和右反射鏡分別對(duì)稱地布置在激光器的左右兩側(cè)，分光鏡一側(cè)方布置有光敏器件和接收鏡組。

所述激光器、發(fā)射鏡組和濾光片光軸重合并垂直于所述分光鏡的光軸，分光鏡的反射面朝向光敏器件和接收鏡組。

所述的激光器發(fā)出激光依次經(jīng)發(fā)射鏡組和濾光片后照射到被測(cè)表面發(fā)生漫反射，漫反射的反射光再經(jīng)濾光片進(jìn)入殼體內(nèi)并分別入射到左反射鏡和右反射鏡上，左反射鏡和右反射鏡的反射光分別入射到分光鏡的兩面上分別發(fā)生反射和透射而光束疊加，再一起經(jīng)接收鏡組入射到光敏器件。

所述左反射鏡和右反射鏡的兩束反射光在所述分光鏡處相疊加使得光束重合，進(jìn)而使得光敏器件接收的兩束對(duì)稱的光斑相重合，從而能夠減小被測(cè)表面上光斑重心偏移帶來的誤差。

所述的分光鏡是半反射半透射分光鏡。

所述的光敏器件為ccd圖像傳感器、cmos圖像傳感器或位置敏感傳感器。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過漫反射光線在所述分光鏡處的疊加減小了被測(cè)表面上光斑重心偏移帶來的誤差，能夠解決了誤差問題，從而提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。

并且本發(fā)明只需要一套接收鏡組和光敏器件來實(shí)現(xiàn)光路的激光測(cè)量進(jìn)行位移的檢測(cè)，從而使得整體結(jié)構(gòu)更緊湊，降低了硬件成本和安裝調(diào)試難度。

附圖說明

圖1所示為現(xiàn)有傳統(tǒng)的激光測(cè)量的光路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的激光測(cè)量的光路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3所示為本發(fā)明的雙光路激光位移傳感器對(duì)光斑重心偏移補(bǔ)償?shù)氖疽鈭D。

圖4所示為本發(fā)明采用單光路測(cè)量。

圖5所示為本發(fā)明的雙光路

圖中：殼體1、光敏器件2、接收鏡組3、分光鏡4、激光器5、發(fā)射鏡組6、右反射鏡7、被測(cè)表面8、濾光片9、左反射鏡10。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本發(fā)明具體實(shí)施包括殼體1和安裝在殼體內(nèi)的光敏器件2、接收鏡組3、分光鏡4、激光器5、發(fā)射鏡組6、右反射鏡7、濾光片9和左反射鏡10，分光鏡4、激光器5、發(fā)射鏡組6和濾光片9沿同一直線方向依次布置，濾光片9安裝在殼體1的側(cè)壁上，測(cè)量時(shí)濾光片9朝向被測(cè)表面8；左反射鏡10和右反射鏡7分別對(duì)稱地布置在激光器5的左右兩側(cè)，分光鏡4發(fā)生反射的面布置有光敏器件2和接收鏡組3；激光器5、發(fā)射鏡組6和濾光片9光軸重合并垂直于所述分光鏡4的光軸，分光鏡4的反射面朝向光敏器件2和接收鏡組3。

激光器5發(fā)出激光依次經(jīng)發(fā)射鏡組6和濾光片9后照射到被測(cè)表面8發(fā)生漫反射，漫反射的反射光再經(jīng)濾光片9進(jìn)入殼體1內(nèi)并分別入射到左反射鏡10和右反射鏡7上，左反射鏡10的反射光經(jīng)分光鏡4的反射面反射后再經(jīng)接收鏡組3入射到光敏器件2，右反射鏡7的反射光經(jīng)分光鏡4透射后再經(jīng)接收鏡組3入射到光敏器件2，左反射鏡10和右反射鏡7的反射光經(jīng)分光鏡4處理后均經(jīng)接收鏡組3成像到光敏器件2上。

左反射鏡10和右反射鏡7的兩束漫反射光在所述分光鏡處相疊加使得光束重合，進(jìn)而使得光敏器件2接收的兩束對(duì)稱的光斑相重合，從而能夠減小被測(cè)表面上光斑重心偏移帶來的誤差。

分光鏡4是半反射半透射分光鏡，它的分光比例是反射50％、透射50％。

接收鏡組3采用雙遠(yuǎn)心物鏡，能夠大大減小普通成像物鏡引入的光斑畸變和非線性度誤差。

本發(fā)明的具體實(shí)施和原理是：

現(xiàn)有傳統(tǒng)的光路是如圖1所示，其中激光器5發(fā)出激光依次經(jīng)發(fā)射鏡組6和濾光片9后照射到被測(cè)表面8發(fā)生漫反射，漫反射的反射光再經(jīng)濾光片9進(jìn)入殼體1內(nèi)并分別入射到兩套接收光路上形成光斑成像，每套接收光路包括一個(gè)接收鏡組3和一個(gè)光敏器件2。具體實(shí)施是通過光斑成像的位置來獲得對(duì)應(yīng)被測(cè)表面距離濾光片的距離數(shù)據(jù)，進(jìn)行位移檢測(cè)。

然而本發(fā)明的光路是，如圖2所示，激光器5發(fā)出的激光束經(jīng)發(fā)射鏡組6準(zhǔn)直聚焦后，在被測(cè)表面8上形成激光光斑，光斑的漫反射光線通過帶通濾光片9后進(jìn)入殼體1內(nèi)，隨后通過反射鏡7和反射鏡10后在分光鏡4上對(duì)稱成像。根據(jù)實(shí)施例中分光鏡4的半反射半透射特性，反射鏡10的反射光線在分光鏡4上的反射分量和反射鏡7的反射光線在分光鏡4上的透射分量形成重合光線，重合光線通過接收鏡組3在光敏器件2上形成測(cè)量光斑。

參見圖3，本發(fā)明在通過左反射鏡10反射后在光敏器件2上所成的左光斑像，在通過右反射鏡7反射后在光敏器件2上所成的右光斑像，兩個(gè)光斑左右對(duì)稱。圖中黑色塊表示光斑缺失的區(qū)域(顏色淺深表示成像光斑的光強(qiáng)明暗)，因此當(dāng)被測(cè)表面由于粗糙度、顏色或傾斜而導(dǎo)致不均勻漫反射時(shí)，通過光敏器件采集到的光斑重心會(huì)產(chǎn)生偏移。而本發(fā)明通過兩束光的左光斑像和右光斑像對(duì)稱且重合便可以得到補(bǔ)償了光斑重心偏移后的光斑，從而減小了不均勻被測(cè)表面導(dǎo)致的測(cè)量誤差問題，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。

實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法是對(duì)同一基準(zhǔn)被測(cè)面上的明暗條紋進(jìn)行測(cè)量，明暗條紋在被測(cè)表面上平行移動(dòng)，被測(cè)表面的顏色明暗變化會(huì)使光斑重心產(chǎn)生偏移，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。參見圖4，遮住本實(shí)施例雙光路中的其中一路，采用單光路測(cè)量，得到明暗條紋經(jīng)過的前后能夠引起的測(cè)量誤差約47μm。參見圖5，本實(shí)施例采用雙光路測(cè)量，得到明暗條紋經(jīng)過前后能夠引起的測(cè)量誤差約為10μm。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙光路型激光位移傳感器。分光鏡、激光器、發(fā)射鏡組和濾光片沿同一直線方向依次布置，濾光片安裝在殼體的側(cè)壁上朝向被測(cè)表面；左反射鏡和右反射鏡分別對(duì)稱地布置在激光器的左右兩側(cè)，分光鏡側(cè)方布置有光敏器件和接收鏡組，激光器、發(fā)射鏡組和濾光片光軸重合并垂直于所述分光鏡的光軸，分光鏡的一面朝向光敏器件和接收鏡組；左反射鏡和右反射鏡的反射光分別入射到分光鏡的兩面上分別發(fā)生反射和透射而光束疊加，再一起經(jīng)接收鏡組成像于光敏器件。本發(fā)明所述的雙光路結(jié)構(gòu)，減小了不均勻被測(cè)表面導(dǎo)致的測(cè)量誤差，并且結(jié)構(gòu)緊湊，硬件成本低，裝調(diào)容易。

技術(shù)研發(fā)人員：居冰峰;黃浩鈞;姜蕾;陸宏杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.29
技術(shù)公布日：2017.07.07