[发明专利]光学三角测头的光路系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于工业测量领域的光学三角测头的光路系统。

背景技术

随着工业测量领域的不断扩展以及对测量精度和测量速度的不断提高，传统的接触式测量已经无法满足工业界的需求。光学三角法作为一种非接触测量法，具有良好的精确性和实时性，测量距离大，结构简单，测量采样点小，抗干扰能力强，测量精度高并可用于实时在线快速测量等特点，已经成为测量领域的热点，已经在工业测量中的长度、距离以及三维形貌等检测中有着广泛的应用。参见图1，光学三角测量法的工作原理是这样的：由测头光源1发出的光束通过照明光束系统2照射在待测物体表面3上，通过漫反射或者散射，该光束通过成像光学系统4在检测器5上成像，当移动物体，使得光束在物体表面的位置发生改变时，其所成的像在检测器5上也发生相应的位移，再通过标定得到像移和对应物体实际位移之间的非线性关系，这样就可以在知道像移后计算出实际的位移。

测量范围、测量精度、测量分辨率是光学三角测头的关键技术指标，对这些技术指标产生直接影响的因素包括：一个是物体表面上的聚焦光点的大小、形状以及亮度均匀性，投射光点应该是小而圆并且亮度均匀；另一个是光敏器件接收到的光斑质量和光斑位置，光斑质量决定着光点像移的计算，进而影响测量精度，光斑位置决定着系统的测量范围和分辨率。所以对于光束聚焦光路设计和成像光路设计等内容显得尤其重要。

发明内容

本发明提供一种光学三角位移测头的光路系统，包括聚焦光路系统和成像光路系统，其中，光源发出的光束通过聚焦光束系统照射在待测物体表面上，通过漫反射或者散射，该光束通过成像光学系统在检测器上成像，并且所述成像光路系统在聚焦平面上成放大的像。

优选的，所述光学三角位移测头为白光三角测头。

优选的，所述聚焦光路系统在距离为聚焦透镜组80mm位置的聚焦平面得到直径大约10微米的微小光点。

优选的，所述成像光路系统成放大至少3倍的像。

本发明提供一种光学三角位移测头的成像方法，光源发射器发出的光通过光束准直和聚焦透镜组投射到待测物体表面上，通过漫反射或者散射，光束反射回到测头并通过成像透镜组后，在各自的线阵CCD上成像，其中所述成像光路系统在聚焦平面上成放大的像。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1是三角测量法的原理示意图。

图2是本发明的光路系统中的聚焦光路系统。

图3是本发明的光路系统中的成像光路系统。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

以下参考附图，分别介绍根据本发明一实施例的光学三角位移测头的白光光源聚焦光路和成像光路系统。

本发明中的设计内容都是针对白光三角测头展开的，但该光路系统同样可以适用于采用激光三角测头的测量系统。

简要介绍本发明中的光学三角测头结构参数设计和优化方法：

光学三角测头数学测量模型如下：