[发明专利]非接触式点光源成像测量反射面位置的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电一体化领域，特别涉及一种非接触式点光源成像测量反射面位置的装置及方法。

背景技术

目前反射面位置的常用测量方法为色散共焦位移传感技术，该技术的原理是：位于色散镜头光轴上的具有连续光谱的白光点光源发出的光，经过色散镜头后在光轴上不同波长的光聚焦于不同的点。被测反射面位于不同波长聚焦点的位置范围之内时，只有一种波长的光在反射面形成最小的光斑，其它波长的光斑大小随波长与该波长差异变大而变大。光斑反射光线经过原色散镜头以及镜头和点光源之间的半透半反镜聚焦到一个小孔，光谱传感器位于小孔的后方，用于探测反射光的中心波长，该中心波长与被测反射面之间对应关系由色散镜头特性决定，从而测得反射面的位置。

但色散共焦位移传感技术的缺点是光谱传感器价格高，镜面反射时要求反射面垂直于光轴、反射光才能聚焦于小孔，量程范围受色散镜头的色散限制而一般小于几百微米。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种非接触式点光源成像测量反射面位置的装置及方法，该装置及方法不仅克服了色散共焦位移传感技术中要求反射面严格垂直于光轴、量程范围受色散镜头色散范围限制的缺点，而且制造成本低，测量速度快。

本发明是这样实现的：

方案(一)：

一种非接触式点光源成像测量反射面位置的装置，其特征在于：包括机架、设置于机架上的用于放置被测物体的基准面、滑动连接于机架上且可在靠近或远离基准面的方向上移动的传感器组件以及设置于机架上且位于基准面和传感器组件之间的用于获取传感器组件相对基准面位置信息的位移传感器；所述传感器组件包括沿光线入射方向依次设置于第一光轴上的点光源、半透半反镜、凸透镜一以及设置于第二光轴上的用于获取经被测物体的被测反射面和半透半反镜反射后光线的图像传感器；所述第一光轴与基准面垂直，第一光轴和第二光轴呈设定的夹角设置；所述点光源位于凸透镜一的焦点上，所述图像传感器与第二光轴的交点和点光源与第一光轴的交点以半透半反镜为对称面对称设置，所述半透半反镜位于第一光轴和第二光轴的角平分线上使得经被测反射面反射后的光线能经半透半反镜偏折到第二光轴。

优选的，所述图像传感器采用面阵图像传感器，所述点光源采用单色点光源。

优选的，所述位移传感器为设置于机架上且位于基准面和传感器组件之间的光栅尺。当然还可以采用其它传感器，比如：拉绳式位移传感器、LVDT电感式位移传感器、电涡流式位移传感器等等。

优选的，所述半透半反镜与第一光轴和第二光轴均呈45°夹角。

方案(二)：

一种非接触式点光源成像测反射面位置的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

①将一与被测物体同一规格的标准块放置于基准面上，打开点光源，使光线透过半透半反镜和凸透镜一后汇聚在标准块的被测反射面上，光线经被测反射面反射后依次经过凸透镜一和半透半反镜，半透半反镜将光线偏折到第二光轴后在图像传感器上形成光斑，然后调整传感器组件相对基准面的距离，当图像传感器检测到位于其上的光斑最小时，位移传感器获取传感器组件到基准面的距离，用该距离减去标准块的标准距离值，获得一个固定偏移量值；

②将被测物体放置于基准面上，打开点光源，使光线透过半透半反镜和凸透镜一后汇聚在被测物体的被测反射面上，光线经被测反射面反射后依次经过凸透镜一和半透半反镜，半透半反镜将光线偏折到第二光轴后在图像传感器上形成光斑，然后调整传感器组件相对基准面的距离，当图像传感器检测到位于其上的光斑最小时，位移传感器获取传感器组件到基准面的距离，将此距离减去步骤①中的固定偏移量值即获得被测反射面与基准面的距离。

方案(三)：

一种非接触式点光源成像测量反射面位置的装置，其特征在于：包括机架、设置于机架上的用于放置被测物体的基准面、滑动连接于机架上且可在靠近或远离基准面的方向上移动的传感器组件以及设置于机架上且位于基准面和传感器组件之间的用于获取传感器组件位置信息的位移传感器；所述传感器组件包括沿光线入射方向依次设置于第一光轴上的点光源、凸透镜二、半透半反镜、凸透镜一以及沿光线入射方向依次设置于第二光轴上的凸透镜三和图像传感器，所述第一光轴与基准面垂直，所述点光源位于凸透镜二的焦点上，所述图像传感器位于凸透镜三的焦平面上，所述第一光轴和第二光轴呈设定的夹角设置，所述半透半反镜位于第一光轴和第二光轴的角平分线上使得经被测反射面反射后的光线能经半透半反镜偏折到第二光轴。

优选的，所述图像传感器采用面阵图像传感器，所述点光源采用单色点光源。