[发明专利]用于测定距离的光学测量系统

说明书

本发明涉及一种用于测定传感器装置和被测对象之间的距离的测量系统，其中所述感应器装置包括用于产生照明光束的光源和检测器，所述检测器用于检测反射在被测对象表面上的照明光束的一部分，并且其中被测对象设计成至少对于可见光的波长范围是透明的。

本发明还涉及一种用于测定传感器装置和被测对象之间的距离的测量系统，其中感应器装置包括用于产生照明光束的光源和检测器，所述检测器用于检测反射在被测对象表面上的照明光束的一部分，并且其中被测对象设计成直接反射可见光。

在实践中，光学测量系统已得到广泛应用。精确的无接触式测量已经迅速扩大到多个应用领域，在这些应用领域中，无接触地测量被测对象和感器装置之间的距离，或者无磨损地测量被测对象。一个重要的应用领域是保证质量的测量，在该领域中可以测试工件的质量。

在光学测量系统中，用照明光束（即非常频繁的红色光束或红外线激光束）照亮被测对象，并且用检测器检测反射在被测对象上的所述照明光束的一部分。从经验中得知根据各种方法可以使用这种传感器装置测定从该传感器装置到被测对象的距离。可参考作为实例的三角测量法。

如果在透明或部分透明的被测对象上进行测量，现有技术中已知的侧量系统总是存有问题。在这种情形下，透明的意思是可视光（波长范围在400nm至800nm之间）的宽光谱部分可以穿过被测对象。在穿过的过程中，光谱部分仅仅发生轻微程度的衰减。部分透明的意思是可视光的至少一个光谱部分可以穿过被测对象，而可见光的其它光谱部分被完全吸收或反射，或在一定程度上是不可忽视的。

如果照明光束落在这种类型的被测对象上，则会被直接反射，也就是说，被测对象表面上的照明光束的入射角等于反射的照明光束的反射角。实际上，在其它空间方向中不存在散射。因此，传感器装置和被测对象必须最佳地互相对齐，以致使测量结果有效。如果被测对象表面在最佳位置中仅轻微地倾斜，则照明光束不反射到检测器上。测量过程失败并且相当不稳定。实际上，特别是在制造环境中的质量保证过程中，不可能确保传感器装置和被测对象互相之间的最佳对齐。对于弧形或圆形的被测对象来说，这种对齐实际上是不可能实现的。在由于被抛光而不能直接反射光的非透明被测对象上的光学测量中也存在相似的问题。这些问题在此是类似的。例如可参考镜像表面。

因此，本发明基于对象的设计并且进一步发展一种开始用于透明、部分透明或非透明的被测对象的测量系统，以这样一种方式，即使在被测对象的表面上发生直接反射，也可执行可靠的光学距离测量。

根据本发明，通过权利要求1的特征可实现在透明或半透明被测对象上进行测量的上述目的。据此，所讨论的测量系统的特征在于照明光束的波长在紫色或紫外线范围内，并且被测对象设计成使照明光束在被测对象的表面上产生漫反射。

在测量非透明的被测对象的过程中，使用权利要求5的特征可以实现上述目的。据此，所讨论的测量系统的特征在于照明光束的波长在紫色或紫外线范围内，并且在被测对象的表面上施加涂层，从而使照明光束在被测对象的表面上产生漫反射。

根据本发明的方式，首先可以认识到，透明或半透明的被测对象常常具有的特征在于，将它们设计成在紫色或紫外光波长范围内不透光、或者使光极度地衰减。通常，这一特征特意用作保护措施。特别是，塑胶可能会由于受到很长时间紫外光照射而失去其透明度。为了防止这种效应，塑胶以这样的方式处理，即使得紫色和/或紫外光不穿透或几乎不穿透到材料内。相反，紫色或紫外光在材料表面上被漫反射。根据本发明，在测量系统中利用了这些被测对象的不透光性或很强的光衰减性。

根据本发明，对于照明光束，使用波长在紫色或紫外光范围内的光束。由于照明光束与所谓的被测对象相结合，以意想不到的简单方式可以获得非直接反射而是漫反射的照明光束。因此，可以以光学测量系统在透明或半透明的被测对象上进行测量，而被测对象的光学性能在可视范围中不受影响。

根据本发明，这一结合特征还可用在对非透明的被测对象的测量中，也就是说，用于实际上不渗透可见光的被测对象，并且可见光在被测对象上被直接反射。为此，根据本发明，对被测对象施加涂层，以使紫色和/或紫外光不能渗透，或者使紫色或紫外光衰减至不可忽视的程度。因此，在被测对象的表面上产生紫色或紫外光照明光束的漫反射。

因为照明光束在透明、半透明或非透明被测对象表面上漫反射，照明光束不再以一个空间方向被反射，而是围绕直接反射的光束在一个角度范围内被反射。因此，被测对象和传感器装置不必精确地互相对齐，并且该测量系统的使用范围清楚地扩大了。可明确地达到更加稳定的测量情况。