光學(xué)三角測(cè)頭的光路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光學(xué)三角位移測(cè)頭的光路系統(tǒng)，包括聚焦光路系統(tǒng)和成像光路系統(tǒng)，其中，光源發(fā)出的光束通過(guò)聚焦光束系統(tǒng)照射在待測(cè)物體表面上，通過(guò)漫反射或者散射，該光束通過(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)在檢測(cè)器上成像，并且所述成像光路系統(tǒng)在聚焦平面上成放大的像。
【專利說(shuō)明】光學(xué)三角測(cè)頭的光路系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域的光學(xué)三角測(cè)頭的光路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展以及對(duì)測(cè)量精度和測(cè)量速度的不斷提高，傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量已經(jīng)無(wú)法滿足工業(yè)界的需求。光學(xué)三角法作為一種非接觸測(cè)量法，具有良好的精確性和實(shí)時(shí)性，測(cè)量距離大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量采樣點(diǎn)小，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量精度高并可用于實(shí)時(shí)在線快速測(cè)量等特點(diǎn)，已經(jīng)成為測(cè)量領(lǐng)域的熱點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)測(cè)量中的長(zhǎng)度、距離以及三維形貌等檢測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用。參見(jiàn)圖1，光學(xué)三角測(cè)量法的工作原理是這樣的:由測(cè)頭光源I發(fā)出的光束通過(guò)照明光束系統(tǒng)2照射在待測(cè)物體表面3上，通過(guò)漫反射或者散射，該光束通過(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)4在檢測(cè)器5上成像，當(dāng)移動(dòng)物體，使得光束在物體表面的位置發(fā)生改變時(shí)，其所成的像在檢測(cè)器5上也發(fā)生相應(yīng)的位移，再通過(guò)標(biāo)定得到像移和對(duì)應(yīng)物體實(shí)際位移之間的非線性關(guān)系，這樣就可以在知道像移后計(jì)算出實(shí)際的位移。
[0003]測(cè)量范圍、測(cè)量精度、測(cè)量分辨率是光學(xué)三角測(cè)頭的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，對(duì)這些技術(shù)指標(biāo)產(chǎn)生直接影響的因素包括:一個(gè)是物體表面上的聚焦光點(diǎn)的大小、形狀以及亮度均勻性，投射光點(diǎn)應(yīng)該是小而圓并且亮度均勻；另一個(gè)是光敏器件接收到的光斑質(zhì)量和光斑位置，光斑質(zhì)量決定著光點(diǎn)像移的計(jì)算，進(jìn)而影響測(cè)量精度，光斑位置決定著系統(tǒng)的測(cè)量范圍和分辨率。所以對(duì)于光束聚焦光路設(shè)計(jì)和成像光路設(shè)計(jì)等內(nèi)容顯得尤其重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種光學(xué)三角位移測(cè)頭的光路系統(tǒng)，包括聚焦光路系統(tǒng)和成像光路系統(tǒng)，其中，光源發(fā)出的光束通過(guò)聚焦光束系統(tǒng)照射在待測(cè)物體表面上，通過(guò)漫反射或者散射，該光束通過(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)在檢測(cè)器上成像，并且所述成像光路系統(tǒng)在聚焦平面上成放大的像。
[0005]優(yōu)選的，所述光學(xué)三角位移測(cè)頭為白光三角測(cè)頭。
[0006]優(yōu)選的，所述聚焦光路系統(tǒng)在距離為聚焦透鏡組80mm位置的聚焦平面得到直徑大約10微米的微小光點(diǎn)。
[0007]優(yōu)選的，所述成像光路系統(tǒng)成放大至少3倍的像。
[0008]本發(fā)明提供一種光學(xué)三角位移測(cè)頭的成像方法，光源發(fā)射器發(fā)出的光通過(guò)光束準(zhǔn)直和聚焦透鏡組投射到待測(cè)物體表面上，通過(guò)漫反射或者散射，光束反射回到測(cè)頭并通過(guò)成像透鏡組后，在各自的線陣CCD上成像，其中所述成像光路系統(tǒng)在聚焦平面上成放大的像。
[0009]應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說(shuō)明和解釋，并不應(yīng)當(dāng)用作對(duì)本發(fā)明所要求保護(hù)內(nèi)容的限制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0010]參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)本發(fā)明實(shí)施方式的如下描述得以闡明，其中:
[0011]圖1是二角測(cè)量法的原理不意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的光路系統(tǒng)中的聚焦光路系統(tǒng)。
[0013]圖3是本發(fā)明的光路系統(tǒng)中的成像光路系統(tǒng)。 【具體實(shí)施方式】
[0014]在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或類似的部件，或者相同或類似的步驟。
[0015]通過(guò)參考示范性實(shí)施例，本發(fā)明的目的和功能以及用于實(shí)現(xiàn)這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發(fā)明并不受限于以下所公開(kāi)的示范性實(shí)施例；可以通過(guò)不同形式來(lái)對(duì)其加以實(shí)現(xiàn)。說(shuō)明書的實(shí)質(zhì)僅僅是幫助相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員綜合理解本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)。
[0016]以下參考附圖，分別介紹根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)三角位移測(cè)頭的白光光源聚焦光路和成像光路系統(tǒng)。
[0017]本發(fā)明中的設(shè)計(jì)內(nèi)容都是針對(duì)白光三角測(cè)頭展開(kāi)的，但該光路系統(tǒng)同樣可以適用于采用激光三角測(cè)頭的測(cè)量系統(tǒng)。
[0018]簡(jiǎn)要介紹本發(fā)明中的光學(xué)三角測(cè)頭結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法:
[0019]光學(xué)三角測(cè)頭數(shù)學(xué)測(cè)量模型如下:
[0020]物移像移關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)三角位移測(cè)頭的光路系統(tǒng)，包括聚焦光路系統(tǒng)和成像光路系統(tǒng)，其中，光源發(fā)出的光束通過(guò)聚焦光束系統(tǒng)照射在待測(cè)物體表面上，通過(guò)漫反射或者散射，該光束通過(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)在檢測(cè)器上成像，并且 所述成像光路系統(tǒng)在聚焦平面上成放大的像。
2.如權(quán)利要求1所述的光路系統(tǒng)，其中所述光學(xué)三角位移測(cè)頭為白光三角測(cè)頭。
3.如權(quán)利要求1所述的光路系統(tǒng)，其中所述聚焦光路系統(tǒng)在距離為聚焦透鏡組80mm位置的聚焦平面得到直徑大約10微米的微小光點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的光路系統(tǒng)，其中所述成像光路系統(tǒng)成放大至少3倍的像。
5.一種光學(xué)三角位移測(cè)頭的成像方法， 光源發(fā)射器發(fā)出的光通過(guò)光束準(zhǔn)直和聚焦透鏡組投射到待測(cè)物體表面上，通過(guò)漫反射或者散射，光束反射回到測(cè)頭并通過(guò)成像透鏡組后，在各自的線陣CCD上成像， 其中所述成像光路系統(tǒng)在聚焦平面上成放大的像。
6.如權(quán)利要求5所述的成像方法，其中所述光學(xué)三角位移測(cè)頭為白光三角測(cè)頭。
7.如權(quán)利要求5所述的成像方法，其中所述聚焦光路系統(tǒng)在距離為聚焦透鏡組80mm位置的聚焦平面得到直徑大約10微米的微小光點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求5所述的成像方法，其中所述成像光路系統(tǒng)成放大至少3倍的像。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK103697822SQ201310733949
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】婁小平, 董明利, 郭陽(yáng)寬, 祝連慶, 牛春暉, 周哲海 申請(qǐng)人:北京信息科技大學(xué)