一种双光路型激光位移传感器的制作方法

本发明涉及一种光学测量技术领域的传感器，尤其是涉及了一种双光路型激光位移传感器。

背景技术：

由于激光位移传感器具有结构简单、非接触、高精度、测量速度快、可实时处理等优点，被广泛应用于各种几何参数检测、表面形貌测量和三维建模等方面。

激光位移传感器适用于大部分被测表面，不过被测表面的粗糙度、颜色和倾斜度会导致光斑重心偏移从而产生测量误差，并且传统的单光路激光位移传感器在测量沟槽轮廓时会遇到测量盲区的问题。

为解决以上问题，常见的改进做法为在激光器两侧布置两套接收镜组和光敏器件，通过对两个光斑数据处理来补偿光斑重心偏移，也增大了传感器接收漫反射光的角度。

现有技术中存在设计有两片全反射镜来改变成像光束的方向，减小了测头的外形尺寸，同时可以增大接收镜组的后截距，获得更高的灵敏度。但是上述都需要采用两套接收镜组和光敏器件，不可避免地增加了传感器的体积，并且两套接收镜组和光敏器件的安装对称性要求也给系统的装配调试带来了难度。

技术实现要素：

针对激光测量现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种双光路型激光位移传感器，结构紧凑、成本低并且对装配要求低，能够解决被测表面上光斑重心偏移带来的误差问题，提高测量准确度。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：

采用双光路结构，包括壳体和安装在壳体内的光敏器件、接收镜组、分光镜、激光器、发射镜组、右反射镜、滤光片和左反射镜，分光镜、激光器、发射镜组和滤光片沿同一直线方向依次布置，滤光片安装在壳体的侧壁上，测量时滤光片朝向被测表面；左反射镜和右反射镜分别对称地布置在激光器的左右两侧，分光镜一侧方布置有光敏器件和接收镜组。

所述激光器、发射镜组和滤光片光轴重合并垂直于所述分光镜的光轴，分光镜的反射面朝向光敏器件和接收镜组。

所述的激光器发出激光依次经发射镜组和滤光片后照射到被测表面发生漫反射，漫反射的反射光再经滤光片进入壳体内并分别入射到左反射镜和右反射镜上，左反射镜和右反射镜的反射光分别入射到分光镜的两面上分别发生反射和透射而光束叠加，再一起经接收镜组入射到光敏器件。

所述左反射镜和右反射镜的两束反射光在所述分光镜处相叠加使得光束重合，进而使得光敏器件接收的两束对称的光斑相重合，从而能够减小被测表面上光斑重心偏移带来的误差。

所述的分光镜是半反射半透射分光镜。

所述的光敏器件为ccd图像传感器、cmos图像传感器或位置敏感传感器。

和现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过漫反射光线在所述分光镜处的叠加减小了被测表面上光斑重心偏移带来的误差，能够解决了误差问题，从而提高了测量准确度。

并且本发明只需要一套接收镜组和光敏器件来实现光路的激光测量进行位移的检测，从而使得整体结构更紧凑，降低了硬件成本和安装调试难度。

附图说明

图1所示为现有传统的激光测量的光路结构示意图。

图2所示为根据本发明的激光测量的光路结构示意图。

图3所示为本发明的双光路激光位移传感器对光斑重心偏移补偿的示意图。

图4所示为本发明采用单光路测量。

图5所示为本发明的双光路

图中：壳体1、光敏器件2、接收镜组3、分光镜4、激光器5、发射镜组6、右反射镜7、被测表面8、滤光片9、左反射镜10。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明具体实施包括壳体1和安装在壳体内的光敏器件2、接收镜组3、分光镜4、激光器5、发射镜组6、右反射镜7、滤光片9和左反射镜10，分光镜4、激光器5、发射镜组6和滤光片9沿同一直线方向依次布置，滤光片9安装在壳体1的侧壁上，测量时滤光片9朝向被测表面8；左反射镜10和右反射镜7分别对称地布置在激光器5的左右两侧，分光镜4发生反射的面布置有光敏器件2和接收镜组3；激光器5、发射镜组6和滤光片9光轴重合并垂直于所述分光镜4的光轴，分光镜4的反射面朝向光敏器件2和接收镜组3。

激光器5发出激光依次经发射镜组6和滤光片9后照射到被测表面8发生漫反射，漫反射的反射光再经滤光片9进入壳体1内并分别入射到左反射镜10和右反射镜7上，左反射镜10的反射光经分光镜4的反射面反射后再经接收镜组3入射到光敏器件2，右反射镜7的反射光经分光镜4透射后再经接收镜组3入射到光敏器件2，左反射镜10和右反射镜7的反射光经分光镜4处理后均经接收镜组3成像到光敏器件2上。

左反射镜10和右反射镜7的两束漫反射光在所述分光镜处相叠加使得光束重合，进而使得光敏器件2接收的两束对称的光斑相重合，从而能够减小被测表面上光斑重心偏移带来的误差。

分光镜4是半反射半透射分光镜，它的分光比例是反射50％、透射50％。

接收镜组3采用双远心物镜，能够大大减小普通成像物镜引入的光斑畸变和非线性度误差。

本发明的具体实施和原理是：

现有传统的光路是如图1所示，其中激光器5发出激光依次经发射镜组6和滤光片9后照射到被测表面8发生漫反射，漫反射的反射光再经滤光片9进入壳体1内并分别入射到两套接收光路上形成光斑成像，每套接收光路包括一个接收镜组3和一个光敏器件2。具体实施是通过光斑成像的位置来获得对应被测表面距离滤光片的距离数据，进行位移检测。

然而本发明的光路是，如图2所示，激光器5发出的激光束经发射镜组6准直聚焦后，在被测表面8上形成激光光斑，光斑的漫反射光线通过带通滤光片9后进入壳体1内，随后通过反射镜7和反射镜10后在分光镜4上对称成像。根据实施例中分光镜4的半反射半透射特性，反射镜10的反射光线在分光镜4上的反射分量和反射镜7的反射光线在分光镜4上的透射分量形成重合光线，重合光线通过接收镜组3在光敏器件2上形成测量光斑。

参见图3，本发明在通过左反射镜10反射后在光敏器件2上所成的左光斑像，在通过右反射镜7反射后在光敏器件2上所成的右光斑像，两个光斑左右对称。图中黑色块表示光斑缺失的区域(颜色浅深表示成像光斑的光强明暗)，因此当被测表面由于粗糙度、颜色或倾斜而导致不均匀漫反射时，通过光敏器件采集到的光斑重心会产生偏移。而本发明通过两束光的左光斑像和右光斑像对称且重合便可以得到补偿了光斑重心偏移后的光斑，从而减小了不均匀被测表面导致的测量误差问题，提高了测量准确度。

实施例中的实验方法是对同一基准被测面上的明暗条纹进行测量，明暗条纹在被测表面上平行移动，被测表面的颜色明暗变化会使光斑重心产生偏移，从而导致测量误差。参见图4，遮住本实施例双光路中的其中一路，采用单光路测量，得到明暗条纹经过的前后能够引起的测量误差约47μm。参见图5，本实施例采用双光路测量，得到明暗条纹经过前后能够引起的测量误差约为10μm。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种双光路型激光位移传感器。分光镜、激光器、发射镜组和滤光片沿同一直线方向依次布置，滤光片安装在壳体的侧壁上朝向被测表面；左反射镜和右反射镜分别对称地布置在激光器的左右两侧，分光镜侧方布置有光敏器件和接收镜组，激光器、发射镜组和滤光片光轴重合并垂直于所述分光镜的光轴，分光镜的一面朝向光敏器件和接收镜组；左反射镜和右反射镜的反射光分别入射到分光镜的两面上分别发生反射和透射而光束叠加，再一起经接收镜组成像于光敏器件。本发明所述的双光路结构，减小了不均匀被测表面导致的测量误差，并且结构紧凑，硬件成本低，装调容易。

技术研发人员：居冰峰;黄浩钧;姜蕾;陆宏杰
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2017.03.29
技术公布日：2017.07.07