[发明专利]基于椭圆柱内反射镜的位移检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电检测领域，使用光学成像原理来检测待测物体相对位移的非接触的位移检测装置。

背景技术

光电检测技术是一种非接触测量的高新技术，它以光信号为载体，以光电器件为基础，通过对载有被测物体几何量或物理量的光信号进行检测、分析，而得到被测物体的几何参数，即通过光电检测器件接收光信号并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经A/D变换接口输入计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量等参数。本发明涉及光学、激光技术、精密机械、电子学、光电传感技术和计算机技术等多学科技术领域，是光、机、电、算一体化检测仪器和设备，具有高速度、高精度、非接触、便于数字化、便于计算机实时数据处理和控制、抗干扰能力强、可实现在线检测等特点，可满足现代工业生产发展的需要，其应用领域几乎可以覆盖所有制造业，应用前景十分广阔，对提高产品质量、提高生产效率、降低劳动强度、提高经济效益具有重要意义。

随着现代化生产和加工技术的发展，对于加工零件的检测速度与精度有了更高的要求，向着高速度、高精度、非接触和在线检测的方向发展。目前国内外对基于光电检测技术的非接触位移检测技术进行了大量研究。中国科学技术大学提出了基于CCD的光纤式位移检测技术，检测系统的发射部分安装在待测的运动件上，检测系统采用面阵CCD摄像机获取被测光纤端部出射光斑图像的灰度分布，由灰度加权平均法提取光斑的特征点，通过检测特征点的位移获得光纤的位移，从而得到被测件的位移，系统的稳定性为1.5μm，系统达到亚像元级的分辨率(参见“基于CCD的光纤式位移检测技术”，李为民，俞巧云，胡红专等。中国科学技术大学学报，第33卷，第1期，2003)。还有南京航空航天大学航空宇航学院也提出了一种利用光反射原理测量小位移的新方法，利用玻璃球镜面(镜面镀有增强光反射涂层)光反射原理，当光沿着水平方向照射到球形玻璃面上时，入射光会反射回来，此时，当玻璃球进行上下垂直运动时，会引起入射光入射角发生改变，其反射光反射方向随之发生改变，这样便可以利用入射光与反射光之间距离的差值来进行小位移量测量，测量精度较高，实现容易，成本较低(参见“一种利用光反射原理测量小位移的新方法”，陈仁文，孙亚飞，陈勇；光谱学与光谱分析，第24卷，第1期，2004)。

上述二份文献中，前者要把发射器安装到待测物体上，后者要把玻璃球固定到待测物体上，这样的测量方式对于很多情况是不适用的。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于椭圆柱内反射镜的非接触位移检测装置，该装置操作简单，检测精度高。

本发明提供的一种基于椭圆柱内反射镜的位移检测装置，其特征在于，该装置包括点光源激光器、凸透镜、椭圆柱内反射镜和线阵感光元件；

凸透镜只留有光心透光区和环形透光区，其余部分涂有不透光膜；

椭圆柱内反射镜的外表面镀金属反射膜，其形状为部分截除的椭圆柱体，截面S过椭圆柱内反射镜的第二焦线，该截面平行于椭圆柱内反射镜的短轴B，在椭圆柱内反射镜的第一焦线处开有直径为0.2mm～0.5mm的通孔，通孔内涂有光致发光物质或漫反射材料；

线阵感光元件粘结在截面S上，且线阵感光元件的感光面贴近椭圆柱内反射镜，且与截面S及第一焦线平行，并使线阵感光元件的两外表面P、Q与椭圆柱内反射镜的两焦线所在平面对称，使线阵感光元件上的感光元素充分接受反射光；

椭圆柱内反射镜与激光器位于凸透镜的同一侧，点光源激光器放在凸透镜的光轴上，使其发出的光平行于凸透镜的光轴，椭圆柱内反射镜的第一焦线上涂有光致发光物质或漫反射材料，且第一焦线与凸透镜的主光轴重合；

激光器位于凸透镜与椭圆柱内反射镜之间，点光源激光器前端面与凸透镜的距离s应根据点光源激光器的工作距离s₀和待测物体与凸透镜的平均距离确定，它们满足的关系；

设f为凸透镜的焦距，l为待测物体与凸透镜光心的距离，f和l满足f≤l≤2f；

汇聚点是指点光源激光器发射的光线，透过凸透镜的光心透光区，经待测物体漫反射后，透过环形透光区在凸透镜的光轴上的汇聚点。设l′为汇聚点在凸透镜的光轴上的移动范围，线阵感光元件的长度至少应大于光轴上光线汇聚点的最大移动范围2～3mm，椭圆柱内反射镜的长度等于线阵感光元件的长度，并根据l′的范围来确定椭圆柱内反射镜的前端面与凸透镜光心的距离a₂，a₂比l′_min小1～2mm，其中l′_min为汇聚点在凸透镜的光轴上的移动范围中的最小值；