[实用新型]光点差分式非接触式元件厚度测量的光头及厚度测量装置

说明书

本实用新型公开了一种光点差分式非接触式元件厚度测量的光头及包含它的厚度测量装置。光头的光学系统包括光源、分光镜、第一聚光镜、柱面镜和相机；光源发出的光束经分光镜后，一部分光经过第一聚光镜聚成测量光点、落在被测元件表面；测量光点在被测元件表面反射，沿原光路返回，依次经过第一聚光镜、分光镜和柱面镜后，被聚焦形成相互垂直的X方向的焦线和Y方向的焦线，且在X方向的焦线和Y方向的焦线之间，形成呈中心对称的像点，相机设在像点处。本实用新型可实现各种类型待测元件厚度的非接触式测量，准确度高，结构简单；能方便准确找到被测透镜的中心；同时还能识别被测透镜是否倾斜；进一步，方便了安装、简化了测量、防止了污染。

技术领域

本实用新型涉及一种基于机器视觉的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头及包含它的厚度测量装置，属于非接触式厚度测量领域。

背景技术

长期以来，光学零件尺寸的测量直接借用机械零件的测量工具进行接触式测量，而忽视了“光学”二字的特殊性。光学零件相较于机械零件，有其自身的特殊性：首先，光学零件所使用的是有别于机械零件的光学材料，表现为硬度比较软，有些光学材料的硬度特别软，任何直接的接触触碰都可能造成对加工面的损伤，成为表面缺陷，因此，加工完成后绝对不可以触碰；其次，除了硅、锗等元素类光学材料，绝大部分光学材料是极性较强的极性材料，比如氧化物，抛光后的表面为化学键的断键形成的悬挂键，化学性质非常活跃，任何触碰都可能带来沾污，而且很难清洗掉，污渍从光学角度看，实际上也是一种缺陷；再次，在实际操作中，接触式测量的精度，取决于测量时压力的大小，因为压力会导致材料的形变，导致测量误差。因此，接触式测量会导致光学零件表面受损、表面污染，且测量误差比较大，且接触式测量从原理上讲，实际上难以找到光学元件的中心，只能不断地无限逼近，在实际工作中仅仅取测量的最大值来近似表示。

实用新型内容

为了解决现有技术中接触式测量存在的上述缺陷，本实用新型提供一种基于机器视觉的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头及包含它的厚度测量装置。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于机器视觉的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头，其光学系统包括光源、分光镜、第一聚光镜、柱面镜和相机；

光源发出的光束经分光镜后，一部分光经过第一聚光镜聚成测量光点、落在被测元件表面；

测量光点在被测元件表面反射，沿原光路返回，依次经过第一聚光镜、分光镜和柱面镜后，被聚焦形成相互垂直的X方向的焦线和Y方向的焦线，且在X方向的焦线和Y方向的焦线之间，形成呈中心对称的像点，相机设在像点处。

测量厚度时，通过像点的对称性来判断待测元件的摆放是否规范，像点对高度变化非常敏感，轻微的高度变化即可导致像点对称性的变化，当像点非中心对称地出现时，证明待测元件的中心点偏离了第一聚光镜聚成测量光点或待测元出现了轴向倾斜等问题，需要调整待测元件位置，至得到中心对称的像点。

本申请对光头外壳形状不做特别限定，只要能确保第一聚光镜聚成的测量光点能落在外壳外的被测元件表面，同时方便观察相机捕获到的焦线和像点即可，参照现有光学系统实现即可。

为了对设备工作状态进行监测，基于机器视觉的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头，还包括第二聚光镜和毛玻璃，光源发出的光束经分光镜后，还有一部分光经过第二聚光镜聚光形成指示光点、并落在毛玻璃上。这样可通过指示光点来观察光路系统的状态。