激光扫描式外径检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种激光扫描式外径检测装置，包括光点平行恒速扫描器、聚光透镜和光电探测器，该光点平行恒速扫描器射出平行的激光光点对被测物进行均速扫描，该聚光透镜把扫描的激光光束会聚到该光电探测器。该光点平行恒速扫描器包括至少一路单片的柱面透镜，该柱面透镜具有相对的第一表面和第二表面，该第一表面为曲面，该第二表面为平面，其中该第一表面的曲率被设计成使该柱面透镜的成像高和反射光与透镜光轴的夹角之间具有线性关系。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光电检测技术，更具体地说，涉及一种激光扫描式外径检测装置。
技术介绍
光电检测技术是应用最为广泛的非接触测量技术，它建立在光、机、电一体化技术基础上，所涉及的基础理论和工程
技术实现思路
十分广泛，是计量检测技术的一个重要发展方向，并在测量领域得到了广泛的应用。例如在生产中对各种线材、管材、棒材甚至各种零件、元器件的外形尺寸进行非接触在线测量和控制。目前常见的激光检测装置，其光学系统中的透镜通常采用普通透镜或线性透镜(F( Θ )复合透镜)。普通透镜的基本结构示意图如图1A和图1B所示，其中图1A为正视图、图1B为侧视图。普通透镜10结构较简单，它的像高H和反射光与透镜光轴的夹角Θ之间的关系为:H=f*tan Θ，其中f为透镜焦距。也就是说，H和Θ不成线性关系，而且反射光的扫描线速度越偏离透镜光轴其误差越大。F( Θ )复合透镜的基本结构示意图如图2所示，图2为侧视图。F( Θ )复合透镜20的像高H和反射光与透镜光轴的夹角Θ之间的关系为:H=f* Θ，也就是说，H和Θ成线性关系。因而F(0)复合透镜可解决扫描线速度存在的误差。但由于F(0)复合透镜是多片复合组成，结构复杂，制造大尺寸透镜的造价较高。目前，在玻璃管拉制等行业所生产的激光检测装置，其每种型号能够测量的范围非常有限。例如采用外径为30mm镜头的激光扫描式外径检测装置，其测量范围约lmm-20mm;用外径为60mm镜头的检测装置，其测量范围约lmm-50mm。如果测量的产品外径超过镜头的有效尺寸，那么就需改用更大尺寸的光学镜头或者采用多光路法的多个小镜头组合来测量。在这种情况下使用结构复杂、造价高的F(0)复合透镜是难以承受的。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种激光扫描式外径检测装置，它包含一个单片的柱面透镜，该柱面透镜仍具有F( Θ )复合透镜的特性。本技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种激光扫描式外径检测装置，包括光点平行恒速扫描器、聚光透镜和光电探测器，该光点平行恒速扫描器射出平行的激光光点对被测物进行均速扫描，该聚光透镜把扫描的激光光束会聚到该光电探测器。该光点平行恒速扫描器包括至少一路单片的柱面透镜、棱镜和激光器。每一路该柱面透镜具有相对的第一表面和第二表面，该第一表面为曲面，该第二表面为平面，其中该第一表面的曲率被设计成使该柱面透镜的成像高和反射光与透镜光轴的夹角之间具有线性关系。该棱镜被一电机恒速驱动而转动。该激光器发出的激光束入射到该棱镜，且经该棱镜反射到该柱面透镜，其中该激光束在该棱镜的入射点位于该柱面透镜的焦点，从而使得射出该柱面透镜的光束为与时间成线性关系并且平行于该柱面棱镜的光轴的平行光束。在本技术的一实施例中，该柱面透镜的正投影为矩形。在本技术的一实施例中，激光扫描式外径检测装置包括一路该柱面透镜，该柱面透镜对准该棱镜。在本技术的一实施例中，激光扫描式外径检测装置包括两路该柱面透镜，对称分布于该棱镜的前方两侧，每路该柱面透镜经一反射镜接收来自该棱镜的反射光。在本技术的一实施例中，一路该柱面透镜的扫描范围是O 100mm。在本技术的一实施例中，两路该柱面透镜的扫描范围上限达到500mm。在本技术的一实施例中，激光扫描式外径检测装置还包括一聚光缩束透镜，设于该激光器与该棱镜之间。本技术的还提出一种柱面透镜，为单片透镜，该柱面透镜具有相对的第一表面和第二表面，该第一表面为曲面，该第二表面为平面，其中该第一表面的曲率被设计成使该柱面透镜的成像高和反射光与透镜光轴的夹角之间具有线性关系。与现有技术相比，本技术采用柱面透镜的激光扫描测径装置减少了透镜的使用片数，能够非常明显地简化镜头的光学设计以及机械结构设计，减小了它的体积和重量。附图说明为让本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本技术的具体实施方式作详细说明，其中:图1A示出一种普通透镜的正视图。图1B示出一种普通透镜的侧视图。图2示出一种F ( Θ )复合透镜的侧视图。图3A示出本技术一实施例的柱面透镜的正视图。图3B示出本技术一实施例的柱面透镜的侧视图。图4示出本技术实施例的激光扫描式外径检测装置的原理示意图。图5A示出本技术实施例的激光扫描式外径检测装置的旋转扫描原理示意图。图5B示出图5A中，光点在棱镜上移动引起光点前后变化的规律。图6A示出本技术实施例的激光扫描式外径检测装置的单光路扫描检测示意图。 图6B示出本技术实施例的激光扫描式外径检测装置的双光路扫描检测示意图。图6C示出聚焦在光电器件上的光强i随扫描时间t的变化曲线。图7示出本技术第一实施例的激光扫描式外径检测装置示意图。图8示出本技术第二实施例的激光扫描式外径检测装置示意图。具体实施方式本技术的实施例提出一种激光扫描式外径检测装置，它使用一种新颖的单片柱面透镜来作为透镜。这种单片的柱面透镜整体呈柱面，而透镜表面被设计成满足成像高和反射光与透镜光轴的夹角的线性关系。图3A、3B示出本技术一实施例的柱面透镜的基本结构，其中图3A示出柱面透镜的主视图，图3B柱面透镜的侧视图。参照图3A，该柱面透镜30整体呈柱状而非传统的圆状，从正面看柱面透镜30为矩形，即柱面透镜30的正投影为矩形。参照图3B所示，从柱面透镜30的侧视图可以看出，柱面透镜30的第一表面31为曲面，与之相对的第二表面32为平面。因而，柱面透镜30像是从一个柱体上纵向切下的一部分，而其第一表面31为柱体的外表面的一部分。在本实施例中，第一表面31的曲率被经过特别设计以满足所需的光学特性。图3B进一步示出柱面透镜30的光学特性，即像高H与反射光与透镜光轴X的夹角Θ之间满足H=f* Θ的线性关系。在此，f为柱面透镜30的焦距。采用这种柱面透镜30的优势是显而易见的。得益于使用单片透镜，透镜的结构简单，造价可以显著降低。由于透镜结构简单，像差也会较小，在整个激光扫描式检测装置的有效扫描范围内分辨率一致。另外，透镜的尺寸明显扩大，可以满足常规管件外径的测量。如果组合多个透镜光路可满足更大外径的检测，而不会明显增加复杂度和成本。下面说明上述实施例的柱面透镜30在激光扫描式外径检测装置中的应用。图4示出本技术实施例的激光扫描式外径检测装置的原理示意图。参照图4所示，激光扫描式外径检测装置40可包括光点平行恒速扫描器41、聚光透镜42和光电探测器44。光点平行恒速扫描器41发射平行的激光光点对被测物44进行均速扫描，把被测物44挡光的光强连续变化值(时间信息)从光电探测器44上取出，以计取遮光时间获得被测物的轮廓尺寸。图5A示出本技术实施例的激光扫描式外径检测装置的旋转扫描原理示意图。光点平行恒速扫描器41的实现原理进一步如图5A所示。光点平行恒速扫描器41进一步包括激光器51、棱镜52和 柱面透镜53。激光器51发出的激光束入射到棱镜52上产生扫描光束。棱镜52可用恒速微型同步电机驱动而恒速转动。棱镜52表面上的光点位于柱面透镜53的焦点。反射光经过柱面透镜53后得到与时间成线性关系并且平行于柱面棱镜53的光轴的平行光束，并以每秒数百米线速度移动。在此实施例中，激光器51例如可以是HeNe气体激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光扫描式外径检测装置，包括光点平行恒速扫描器、聚光透镜和光电探测器，该光点平行恒速扫描器射出平行的激光光束对被测物进行均速扫描，该聚光透镜把扫描的激光光束会聚到该光电探测器，其特征在于，该光点平行恒速扫描器包括：至少一路单片的柱面透镜，该柱面透镜具有相对的第一表面和第二表面，该第一表面为曲面，该第二表面为平面，其中该第一表面的曲率被设计成使该柱面透镜的成像高和反射光与透镜光轴的夹角之间具有线性关系；棱镜，该棱镜被一电机恒速驱动而转动；激光器，该激光器发出的激光束入射到该棱镜，且经该棱镜反射到该柱面透镜，其中该激光束在该棱镜的入射点位于该柱面透镜的焦点，从而使得射出该柱面透镜的光束为与时间成线性关系并且平行于该柱面棱镜的光轴的平行光束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张春晖，陈卫民，
申请(专利权)人：上海轻工业研究所有限公司，上海理日光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：