本實(shí)用新型涉及直徑測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光測(cè)徑技術(shù)是上世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)的一種動(dòng)態(tài)在線測(cè)量技術(shù)，一般是激光、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的新型測(cè)試技術(shù)。隨著光電子學(xué)的迅猛發(fā)展，激光測(cè)徑技術(shù)也逐漸走向成熟，目前常見(jiàn)的激光測(cè)徑儀有激光多普勒測(cè)徑儀、激光衍射測(cè)徑儀、激光掃描測(cè)徑儀和投影成像測(cè)徑儀等，其中，激光掃描測(cè)徑和CCD投影測(cè)徑是目前較為常用的直徑測(cè)量方法。

如圖1所示，目前常用的激光掃描測(cè)徑系統(tǒng)包括激光器、準(zhǔn)直系統(tǒng)、反光鏡、掃描棱鏡、同步電機(jī)、兩個(gè)透鏡及光電探測(cè)器，由激光器產(chǎn)生的光束，經(jīng)聚焦準(zhǔn)直系統(tǒng)整形后，經(jīng)反光鏡反射到掃描棱鏡上，掃描棱鏡由同步電機(jī)帶動(dòng)以恒定角速度旋轉(zhuǎn)，形成掃描光束，掃描光束通過(guò)透鏡 1 后，形成于勻速的、且光軸平行的掃描光束，并掃過(guò)待測(cè)件，然后光束經(jīng)過(guò)透鏡 2 聚焦后被光電探測(cè)器接收，光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間變化的光電信號(hào)輸出，當(dāng)掃描光束被待測(cè)件擋住時(shí)產(chǎn)生低電平，當(dāng)掃描光束沒(méi)有被待測(cè)件擋住時(shí)產(chǎn)生高電平，因此，測(cè)得擋光時(shí)間T ，再根據(jù)掃描棱鏡的回轉(zhuǎn)速度ω，即可求出被測(cè)件的直徑。但是，在實(shí)際工作中，激光經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的掃描棱鏡反射后，其掃描光束的掃描速度并不是定值，因此其測(cè)量精度受掃描速度變化的影響，精度不夠高，不適用于測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合。

在CCD投影測(cè)徑系統(tǒng)中，平行光束照射在被測(cè)物體上，在物體后方的CCD上產(chǎn)生陰影，通過(guò)測(cè)量該陰影區(qū)域的寬度，從而求出被測(cè)物體的直徑。該系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)緊湊，但測(cè)量范圍取決于CCD尺寸，無(wú)法測(cè)量大尺寸物體的直徑，測(cè)量精度也受限于CCD像素大小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于改善現(xiàn)有技術(shù)中所存在的測(cè)量精度不高的不足，提供一種對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了以下技術(shù)方案：

一種對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)，包括：

平行激光源，用于產(chǎn)生平行激光；

具有兩個(gè)反射面的對(duì)稱角反射鏡，用于將入射的平行激光分為兩部分，分別反射至一個(gè)聚光鏡；

兩個(gè)所述聚光鏡，每個(gè)所述聚光鏡用于將反射進(jìn)來(lái)的平行激光會(huì)聚至一個(gè)光電探測(cè)器；

兩個(gè)所述光電探測(cè)器，分別位于一個(gè)聚光鏡的后焦面，用于檢測(cè)接收到的激光的強(qiáng)度。

優(yōu)選地，上述系統(tǒng)中，所述對(duì)稱角反射鏡的兩個(gè)反射面與入射的平行激光的夾角相等，且所述對(duì)稱角反射鏡將平行激光平均分為兩部分。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)，由于測(cè)量精度不受掃描速度影響，因此測(cè)量精度更高，且測(cè)量方法簡(jiǎn)單；此外，整個(gè)測(cè)徑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也更簡(jiǎn)單，成本更低。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹， 應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實(shí)用新型的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中激光掃描測(cè)徑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)的標(biāo)定過(guò)程示意圖。

圖中標(biāo)記：

平行激光源11；待測(cè)工件12；對(duì)稱角反射鏡13；第一聚光鏡14；第一光電探測(cè)器15；第二聚光鏡16；第二光電探測(cè)器17；遮光板18；位移平臺(tái)19。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實(shí)用新型實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本實(shí)用新型的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍，而是僅僅表示本實(shí)用新型的選定實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本實(shí)用新型的描述中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)施例中提供的對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)，包括平行激光源11，對(duì)稱角反射鏡13，兩個(gè)聚光鏡及兩個(gè)光電探測(cè)器，本實(shí)施例中，定義兩個(gè)聚光鏡分別為第一聚光鏡14和第二聚光鏡16，定義兩個(gè)光電探測(cè)器分別為第一光電探測(cè)器15和第二光電探測(cè)器17。

其中，平行激光源11用于產(chǎn)生平行激光。

對(duì)稱角反射鏡13具有兩個(gè)反射面，且兩個(gè)反射面之間形成一定夾角，比如該實(shí)施例中為90°，對(duì)稱角反射鏡13用于將入射的平行激光分為兩部分，分別反射至一個(gè)聚光鏡，即，如圖所示，對(duì)稱角反射鏡13的一個(gè)反射面將上部分平行激光反射至第一聚光鏡14，對(duì)稱角反射鏡13的另一個(gè)反射面將下部分平行激光反射至第二聚光鏡16。

第一光電探測(cè)器15位于第一聚光鏡14的后焦面，經(jīng)第一聚光鏡14會(huì)聚后的激光被第一光電探測(cè)器15接收，第一光電探測(cè)器15檢測(cè)接收到的激光的強(qiáng)度；第二光電探測(cè)器17位于第二聚光鏡16的后焦面，經(jīng)第二聚光鏡16會(huì)聚后的激光被第二光電探測(cè)器17接收，第二光電探測(cè)器17檢測(cè)接收到的激光的強(qiáng)度。

在使用本對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量之前，需要先對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。其標(biāo)定方法包括以下步驟：

1）調(diào)整平行激光源11與對(duì)稱角反射鏡13的相對(duì)位置，使得對(duì)稱角反射鏡13在平行激光源11發(fā)出的平行激光的中間位置，即，將入射的平行激光平均分為兩部分，且對(duì)稱角反射鏡13的兩個(gè)反射面與入射的平行激光的夾角相等。

2）控制平行激光源11按照恒定的輸出功率輸出平行激光。

3）沿著垂直于平行激光的方向調(diào)整對(duì)稱角反射鏡13的位置，在調(diào)整過(guò)程中分別讀取第一光電探測(cè)器15的測(cè)量值和第二光電探測(cè)器17的測(cè)量值，當(dāng)?shù)谝还怆娞綔y(cè)器15和第二光電探測(cè)器17的測(cè)量值相同時(shí)，記錄此時(shí)的測(cè)量值，并將兩個(gè)測(cè)量值之和作為標(biāo)定功率P₀，固定此時(shí)對(duì)稱角反射鏡13的位置。

4）控制遮光板18沿著垂直于平行激光的方向向前移動(dòng)，當(dāng)?shù)谝还怆娞綔y(cè)器15的測(cè)量值最小時(shí)，記錄此時(shí)遮光板18的位置，并將該位置作為系統(tǒng)標(biāo)定的參考零點(diǎn)。

請(qǐng)參閱圖3，由于在標(biāo)定過(guò)程中遮光板18的位移都是細(xì)微（例如以微米級(jí)距離變化進(jìn)行位移）的移動(dòng)，因此具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以將遮光板18設(shè)置在位移平臺(tái)19上，通過(guò)控制位移平臺(tái)19沿垂直于平行激光的方向移動(dòng)來(lái)帶動(dòng)遮光板18沿垂直于平行激光的方向移動(dòng)，位移平臺(tái)19的位移量即是遮光板18的位移量。

5）控制遮光板18按照相同的位移量（例如1um,2um,3um等固定步距）繼續(xù)向前移動(dòng)，每移動(dòng)一個(gè)位移量記錄一次第二光電探測(cè)器17的測(cè)量值，直到第二光電探測(cè)器17的測(cè)量值最小。

6）控制遮光板18向后運(yùn)動(dòng)，返回至所述系統(tǒng)標(biāo)定的參考零點(diǎn)。

7）控制遮光板18按照相同的位移量繼續(xù)向后移動(dòng)，每移動(dòng)一個(gè)位移量記錄一次光第一電探測(cè)器的測(cè)量值，直到第一光電探測(cè)器15的測(cè)量值最大。本步驟中的位移步距可以與步驟5）中相同，也可以不同。

8）對(duì)標(biāo)定過(guò)程中第一光電探測(cè)器15的測(cè)量值與遮光板18的位移量進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到第一光電探測(cè)器15的位移-光強(qiáng)表達(dá)式；對(duì)標(biāo)定過(guò)程中第二光電探測(cè)器17的測(cè)量值與遮光板18的位移量進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到第二光電探測(cè)器17的位移-光強(qiáng)表達(dá)式，完成標(biāo)定過(guò)程。

在上述方法描述中，為了便于理解，對(duì)各步驟以序號(hào)進(jìn)行了區(qū)分，但是各步驟之間沒(méi)有嚴(yán)格意義上的先后順序，各步驟的劃分也可以不按照上述方式進(jìn)行，例如，步驟8）中的對(duì)標(biāo)定過(guò)程中第一光電探測(cè)器15的測(cè)量值與遮光板18的位移量進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到第一光電探測(cè)器15的位移-光強(qiáng)表達(dá)式的過(guò)程，可以并入步驟5）中，也可以緊隨步驟5）之后執(zhí)行。

使用本實(shí)施例中上述對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其方法包括以下步驟：

a）調(diào)整平行激光源11與對(duì)稱角反射鏡13的相對(duì)位置，使得對(duì)稱角反射鏡13將入射的平行激光平均分為兩部分，且對(duì)稱角反射鏡13的兩個(gè)反射面與入射的平行激光的夾角相等。

需要說(shuō)明的是，本步驟不是必要步驟，如果進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)中的平行激光源11與對(duì)稱角反射鏡13之間的位置合適（例如標(biāo)定之后平行激光源11與對(duì)稱角反射鏡13的位置沒(méi)有發(fā)生變動(dòng)），即對(duì)稱角反射鏡13處于平行激光器發(fā)出的平行激光的中間位置，可以將平行激光平均分為兩部分，且對(duì)稱角反射鏡13的兩個(gè)反射面與入射的平行激光的夾角相等，那么本步驟則不需要，只有當(dāng)平行激光源11與對(duì)稱角反射鏡13之間的位置不合適（例如標(biāo)定之后平行激光源11與對(duì)稱角反射鏡13的位置發(fā)生變動(dòng)）時(shí)才需要執(zhí)行本步驟進(jìn)行位置調(diào)整。

b）控制平行激光源11按照恒定的輸出功率輸出平行激光。

c）控制待測(cè)工件12沿著垂直于平行激光的方向向前移動(dòng)，分別讀取第一光電探測(cè)器15和第二光電探測(cè)器17的測(cè)量值，當(dāng)?shù)谝还怆娞綔y(cè)器15和第二光電探測(cè)器17的測(cè)量值相同時(shí)，記錄此時(shí)的測(cè)量值。

d）沿著垂直于平行激光的方向繼續(xù)向前移動(dòng)待測(cè)工件12，當(dāng)?shù)诙怆娞綔y(cè)器17的測(cè)量值最大時(shí)，分別記錄此時(shí)第一光電探測(cè)器15和第二光電探測(cè)器17的測(cè)量值，將該兩個(gè)測(cè)量值之和作為測(cè)量激光功率P₁。

e）將第一光電探測(cè)器15的測(cè)量值乘以測(cè)量修正系數(shù)P₁/P₀后，代入第一光電探測(cè)器15的位移-光強(qiáng)表達(dá)式（標(biāo)定過(guò)程中已獲得）中，計(jì)算得到第一位移值，將第二光電探測(cè)器17的測(cè)量值乘以測(cè)量修正系數(shù)P₁/P₀后，代入第二光電探測(cè)器17的位移-光強(qiáng)表達(dá)式（標(biāo)定過(guò)程中已獲得）中，計(jì)算得到第二位移值，第二位移值與第一位移值的差值即為待測(cè)工件12的直徑。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)包括平行激光源、對(duì)稱角發(fā)射鏡、聚光鏡及光電探測(cè)器，相比于目前常用的激光掃描測(cè)徑系統(tǒng)，本實(shí)施例提供的對(duì)稱光橋式自穩(wěn)激光測(cè)徑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，成本更低廉，其測(cè)量方法操作更簡(jiǎn)單，而且測(cè)量精度不受測(cè)量速度的影響，因此測(cè)量精度更高，可以滿足高精度測(cè)量的需求。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。