[发明专利]以CCD线阵作为测量元件的数字式光学计

说明书

技术领域：

本发明涉及长度计量仪器，尤其是一种以CCD线阵作为测量元件的数字式光学计。

背景技术：

光学计是一种基于光学自准直和光学杠杆原理的长度计量仪器，用于测量机械零件和量具的长度尺寸。

传统的光学计采用分划尺作为测量元件，通过目镜或投影屏读取分划尺示值。目前市场上还有以光栅作为测量元件的数字式光学计，其示值以数字形式显示，读数要比传统光学计方便。但由于它以主光栅和指示光栅叠加形成的莫尔条纹信号进行累加计数，对二者的平行度、气隙、光闸、相位调整有极高的要求。再者由于光学计在使用中，需要频繁快速提升测杆，造成光栅信号频率过高，易引起漏计数，必须对测杆提升速度进行阻尼，带来使用不便。

发明内容：本发明的目的在于提供一种保持传统光学计的光学自准直和光学杠杆原理，但以CCD线阵作为测量元件的新型数字式光学计，能达到装配调试和使用都方便的目的。

本发明的构成：一种以CCD线阵作为测量元件的数字式光学计，包括光源、狭缝、反射镜A、准直物镜、反射镜B、测杆、CCD线阵，狭缝和CCD线阵分别设置在自准直光学系统的物方和像方焦平面上，二者光路略有错开，或采用光学分束元件分开，狭缝的缝宽方向及CCD线阵像元的排列方向与光学杠杆所在平面平行，狭缝形成的光带成像在CCD线阵上，以光带落在像元的序号为依据，显示测杆的位移量。

与现有技术相比，本发明以CCD线阵作为测量元件的光学计摆脱了累加计数方式，测量值仅与光带落在像元的序号有关，其余像元不参加计数，因此不存在信号质量和信号超速问题，给装配调试和使用带来了方便。

附图说明：附图是本发明结构示意图。

图中1、光源，2、狭缝，3、反射镜A，4、准直物镜，5、反射镜B，6、测杆，7、CCD线阵。

具体实施方式：

1)按照光学计的传统形式设计光学准直物镜4和光学杠杆的光学、机械结构。

2)在自准直光学系统的物方和像方焦平面上，分别设置狭缝2和CCD线阵7；二者光路略有错开，或采用光学分束元件分开。

3)校正狭缝的缝宽方向及CCD线阵像元的排列方向与光学杠杆所在平面平行。

4)配置CCD线阵的驱动电路、电源、单片机数据处理系统和显示系统，按(1)和(2)式编制数据处理软件。

工作原理如下：

如图所示：光源1的光束照明一条位于准直物镜4的焦平面上的狭缝2。狭缝产生的光带经反射镜3反射，再透过准直物镜4，到达反射镜5；经反射镜反射后，返回，再次透过准直物镜，光带被成像在位于准直物镜焦平面上的CCD线阵7上。

当测杆6移动距离ΔL时，推动反射镜摆动角度α，则在CCD阵面上的光带位置将移动，其移动量Δy。

设：测杆到反射镜摆动支点的杠杆臂长为G，准直物镜的焦距为f’，并考虑到α很小，可视作tanα＝α。

根据反射定律，则有：

ΔL=G·Δy2·f′---(1)]]>

令：测杆移动前、后，光带落在CCD线阵上像元的序号分别为n₁和n₂；CCD线阵相邻像元的间距为δ。

则有：

Δy＝(n₂-n₁)·δ       (2)

驱动电路扫描CCD线阵各像元的视频信号，单片机搜索信号峰值所在像元序号n₁和n₂，按(2)式计算Δy，再按(1)式计算ΔL，测杆实际位移被显示在数显窗内。

对于以光栅作为测量元件的数字式光学计，测杆移动过程中，由于莫尔条纹信号的每一个周期都要参加累计计数，因此对信号质量要求苛刻，并且信号速度不能过快。而以CCD线阵作为测量元件的光学计摆脱了累加计数方式，测量值仅与光带落在像元的序号有关，其余像元不参加计数，因此不存在信号质量和信号超速问题，给装配调试和使用带来了方便。