[发明专利]基于同轴激光三角法与显微成像的位移传感器及应用

说明书

本发明公开了基于同轴激光三角法与显微成像的位移传感器及应用，其光路结构包括激光模组、反射镜、50/50分光镜、显微物镜、感光元件，激光模组的出射光垂直入射50/50分光镜，50/50分光镜的出射光束经反射镜水平入射显微物镜，经显微物镜聚焦后照射在被测平面上，产生的反射光和散射光被显微物镜接收并形成水平出射光束，依次经过反射镜和50/50分光镜作用后垂直照射在感光元件的感光区，形成光斑。本发明高精度位移传感器精度高达纳米级，可实现零部件尺寸和表面特征的高精度测量。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体为一种基于同轴激光三角法与显微成像的高精度位移传感器及应用。

背景技术

现代工业正朝着精密化的方向迅速发展，零部件的制造质量直接影响整个系统的性能，因此对零部件各参数的高精度检测就显得尤为重要，其中使用精密位移测量技术可以对零部件尺寸、厚度等参数进行精密测量。现有精密位移测量技术主要分为接触式和非接触式两种，接触式位移测量技术以三坐标机测量方法为代表，具有很强的通用性，精度高，但耗时较长，效率低，无法实时测量。非接触式位移测量技术以激光位移传感器为代表，基于激光三角测距原理，可实现位移的高精度实时在线测量，具有速度快、精度较高、可靠性强等优点，广泛应用于空间定位、厚度测量和表面缺陷检测等领域，已成为国内外相关学者的重点研究方向。如天津大学的Zhang F等人将激光位移传感器与运动车辆相结合，实现大尺寸阶梯管内表面尺寸的测量；天津大学的李兴强等人使用多个激光位移传感器实现对汽车发动机缸体内径的高速静态测量。上述位移测量技术精度不足，无法实现对被测表面细微特征的高精度测量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于同轴激光三角法与显微成像的高精度位移传感器，可以实现零部件尺寸和表面特征的高精度实时快速测量。

为实现本发明的发明目的，本发明提供的技术方案是一种基于同轴激光三角法与显微成像的位移传感器，包括壳体，所述的壳体内设有光路结构，光路结构包括激光模组101、50/50分光镜102、第一反射镜103、第一显微物镜104、第一感光元件105，其中：

激光模组101的出射光垂直入射50/50分光镜102，光束经第一反射镜103水平入射第一显微物镜104，入射光经第一显微物镜104镜聚焦后照射在第一被测平面106上，产生的反射光和散射光被第一显微物镜104接收并形成水平出射光束，依次经过第一反射镜103和50/50分光镜102作用后垂直照射在第一感光元件105的感光区，在第一感光元件105的感光区形成光斑；

还包括有驱动与信号处理模块，所述的驱动与信号处理模块以MCU处理器作为主控芯片，驱动感光元件和模数转换器工作；模数转换器将感光元件输出的模拟量信号转换为数字信号供MCU进行分析计算；MCU与上位机进行实时通讯，实现指令接收和数据传输。

本发明提供的优选的技术方案是：

还包括有第二反射镜202、第三反射镜203、第二显微物镜204、第二感光元件205，其中：

所述第一显微物镜104和第二显微物镜204同轴反向设置；

激光模组101的出射光束垂直入射50/50分光镜102形成两束方向夹角为90°的光束I和光束II，光束I经第一反射镜103水平入射第一显微物镜104，经第一显微物镜104聚焦后照射在第一被测平面106上，产生的反射光和散射光被第一显微物镜104接收并形成水平出射光束，依次经过第一反射镜103和50/50分光镜102作用后垂直照射在第一感光元件105的感光区，在第一感光元件105的感光区形成光斑；光束II经第二反射镜202和第三反射镜203的共同作用水平入射第二显微物镜204，经第二显微物镜204聚焦后照射在第二被测平面206上，产生的反射光和散射光被第二显微物镜204接收并形成水平出射光束，再经第三反射镜203作用后垂直照射在第二感光元件205的感光区，在第二感光元件205的感光区形成光斑。

相对于优选的技术方案，本发明提供的另外的技术方案是：