均匀材质透光薄板的厚度高速测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及均匀材质透光薄板的厚度高速测量装置，它包括控制器（９）和依次位于同一光路上的激光器（１）、扩束镜（４）、空间滤波器（７）、光电传感器（８）；光电传感器（８）的输出端与控制器（９）的输入端连接。本发明专利技术装置将激光衍射理论和技术应用于透光薄板的厚度高速测量技术，很好地解决了现有解决均匀光学吸收系数的均匀材质透光薄板的厚度高速测量的难题，实现对材质的光学吸收系数较大的透光薄板厚度精确测量，而且允许前向散射，不受被测薄板低频振动的影响，可对薄板的厚度进行在线高速测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及厚度测量装置，具体涉及用于测量透光薄板厚度的测量装置，特别是能在线高速测量具有均匀光学吸收系数的均匀材质透光薄板的厚度测量装置。
技术介绍
透光薄板的厚度测量是几何量测量中的基本项目，也是工程测量项目中的一种。近年来人们对此进行了大量研究，一直以来主要集中于非接触式测量方法，特别是激光法。《红外》杂质1996年12期第29页文章“非接触厚度测量仪”，提出了一种测量透明薄板上下两面反光强度最大值以确定上下两面位置而获得透明薄板厚度非接触式激光测量方法。《光学仪器》杂质2006年4月第28卷第2期89-92页的文章“纳米多孔氧化铝薄膜厚度的反射光谱测量方法研究”，提出一种基于反射光谱的薄膜厚度测量的方法。当白光照射PA薄膜时，分别从薄膜上、下表面反射的两束光线发生干涉。根据布拉格公式(Braggequation)，若已知反射干涉光谱相邻两个极大值对应的波数差和薄膜的折射率就可以算出薄膜厚度。这种方法的优点是能实现PA总体膜厚的非接触、非破坏性测量。上述两种方法存在以下缺陷1、要求薄板上下两面反光率大、材质的光学吸收系数α小和散射小，否则测量误差大。2、当薄板产生低频振动时，测量精度极低，因此不能对薄板的厚度进行在线高速测量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种均匀材质透光薄板的厚度高速测量装置，该装置可实现对光学吸收系数较大的透光薄板厚度进行精确测量，而且可允许前向散射；不受被测薄板低频振动的影响，可对薄板的厚度进行在线高速测量。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是均匀材质透光薄板的厚度高速测量装置，它包括控制器和依次位于同一光路上的激光器、扩束镜、空间滤波器、光电传感器；光电传感器的输出端与控制器的输入端连接。上述方案中，d/2L≤0.05，其中L为空间滤波器的长度，d为空间滤波器的孔径。上述方案中，D≥1.2d，其中D为激光器发出的激光通过扩束镜照在被测薄板的光强一致的中心区域的直径，d为空间滤波器的孔径。上述方案中，L1≤0.2L，其中L1为扩束镜与空间滤波器之间的距离，L为空间滤波器的长度。上述方案中，测量装置还包括位于光路上的分光反射镜和用于接收分光反射镜反射光的反射光光电传感器；分光反射镜设置在激光器与扩束镜之间的光路上；反射光光电传感器的输出端与控制器的输入端连接。上述方案中，它还包括位于光路上的光学滤波片，光学滤波片设置在扩束镜与空间滤波器之间。本专利技术装置的工作原理为本专利技术装置使用时，将被测薄板置于扩束镜与空间滤波器之间，激光经扩束镜形成比较均匀的平面波(准直光束)后照在被测薄板上，透射光经过空间滤波器照在光电传感器，光电传感器探测到光信号，并将光信号转换成电信号输入控制器，控制器经计算得到被测薄板的厚度。与现有技术相比，本专利技术装置具有以下优点1、本专利技术装置将激光衍射理论和技术应用于透光薄板的厚度高速测量技术，很好地解决了现有解决均匀光学吸收系数的均匀材质透光薄板的厚度高速测量的难题，实现对材质的光学吸收系数较大的透光薄板厚度精确测量，而且允许前向散射，不受被测薄板低频振动的影响，可对薄板的厚度进行在线高速测量。2、分光反射镜将激光分为两束光，透射光和用作光功率参考光的反射光；反射光光电传感器探测分光反射镜的反射光的光强度，用作光功率参考，以消除光功率波动的影响。3、由于存在宽光谱带的环境光噪声，采用光学滤波片后只容许激光波长附近的很窄的光谱带的环境光噪声通过，将进一步提高光学信噪比。本专利技术测量装置具有结构简单、制造简便、成本低廉和稳定性好等优点。附图说明图1为本专利技术装置实施例1的结构示意2为本专利技术装置实施例2的结构示意图具体实施方式如图1所示的本专利技术实施例1，它包括控制器9和依次位于同一光路上的激光器1、扩束镜4、空间滤波器7、光电传感器8；光电传感器8的输出端与控制器9的输入端连接。被测薄板5置于扩束镜与空间滤波器之间，透光薄板光学吸收系数均匀。本实施例采用功率mW级、波长λ＝0.6328μm的He-Ne激光器或半导体激光器。扩束镜4中心区域的直径D＝14mm；空间滤波器7的长L＝100mm、孔径d＝10mm，同轴度≤0.3mm(3％d)。激光经扩束镜2形成比较均匀的平面波，光强基本一致的中心区域的直径D＝14mm，扩束镜距空间滤波器L1＝10mm，被测对象厚度t＝0.2mm，被测对象距空间滤波器L2＝5mm，空间滤波器长L＝100mm和孔径d＝10mm，并满足同轴度≤0.3mm(3％d)。L1，被测对象厚度t，被测对象距空间滤波器L2，空间滤波器长和孔径d，并满足理论比值d/2L≤0.05rad(弧度)，D≥1.2d、L1≤0.2 L和满足同轴度要求。α*t≥50*α1*(L2+L)，加之采用差分技术，忽略α1*(L2+L)的影响。为实现更好的技术效果，如图2所示的本专利技术实施例2，它还包括位于光路上的分光反射镜2、用于接收分光反射镜2反射光的反射光光电传感器3、光学滤波片6；反射光光反射镜2设置在激光器1与扩束镜4之间；反射光光电传感器3的输出端与控制器9的输入端连接。光学滤波片6设置在扩束镜4与空间滤波器7之间。被测薄板5置于扩束镜4与光学滤波片6之间。扩束镜4采用扩束倍数大于30倍的透镜组组成，激光器1采用功率mW级、波长λ＝0.6328μm的He-Ne激光器或功率mW级、波长λ＝0.650μm的半导体激光器本专利技术实施例1、2，它的厚度的测量精度±0.5％，频率响应10KHz。对透射光(发散半角δ0≤0.01Srad)，对透过薄板的前向散射光(发散半角δ≥0.1Srad)。本专利技术的测量精度与被测薄板的位置无关，在被测薄板对象的低频振动的情况下，本专利技术具有明显地优势。本专利技术装置的空间滤波器7的截面形状可以为多种，例如方形等，只要保证rrv对应s*V/(L2+L)2＝πδ2*V，不受(L2+L)的变化的影响；光源也可以采用超大面积的面源，只要保证照在被测薄板的中心区域的光强基本一致。控制器的计算方法为设激光经扩束镜形成比较均匀的平面波，光强基本一致的中心区域的直径D，扩束镜距空间滤波器L1，被测薄板厚度t和其单位传输距离的光学吸收系数α，被测对象距空间滤波器L2，空间滤波器长L和孔径d，并满足理论比值d/2L≤0.05rad(弧度)，D≥1.2d、L1≤0.2 L和满足同轴度要求。另外， 透光薄板光学吸收系数α均匀，且比空气的同样传输距离的光学吸收系数α1大的多；薄板上下两面反射率R1和R2一致性好。光电传感器测的光强度V正比对应(1-R1)(1-R2)EXP(-α*t)EXP，取rv＝V/V3，V3是反射光光电传感器3测的光强度，rv与激光的光强无关，则rv也正比对应(1-R1)(1-R2)EXP(-α*t)EXP，忽略空气中尘埃的散射的影响。由于被测薄板上下两面反射率R1和R2对固定的材质是固定的，α1*L也是固定的，所以rv对应EXP(-α*t)EXP，EXP的变化≤0.1％EXP(-α*t)，则α1*L2的变化对rv的影响小于0.2％。建议被测薄板以与光轴的垂直面略大于d/2L的倾角安装，以消除R1*R2*EXP(-2α*t)的影响，最大误差±0.15％。rv对应EXP(-α*t)，令rrv＝ln(rv)。对透射光(发散半角δ0≤0本文档来自技高网...

【技术保护点】
均匀材质透光薄板的厚度高速测量装置，其特征在于：它包括控制器（９）和依次位于同一光路上的激光器（１）、扩束镜（４）、空间滤波器（７）、光电传感器（８）；光电传感器（８）的输出端与控制器（９）的输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢红，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]