CN101762238A - 透明材料的厚度检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种透明材料的厚度检测方法和装置，其中装置，包括光学测量***、光学分析***和数据处理***，光学测量***用于输出宽带光并接收被测透明材料的反射光将其输出到光学分析***；所述光学分析***用于对接收到的被测透明材料的反射光进行分析以获取反射峰对应的波长值；所述数据处理***用于根据所述光学分析***获取的反射峰对应的波长值获取被测透明材料的厚度。本发明实施例还提供了基于上述装置的透明材料的厚度检测方法。本发明上述实施例提供的透明材料的厚度检测方法和装置，能够实现准确、快速的对透明材料的厚度进行在线测量。

Description

透明材料的厚度检测方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及测量技术领域，尤其涉及一种透明材料的厚度检测方法和装置。

背景技术

玻璃容器的壁厚是直接影响容器质量的重要特征参数，在玻璃容器的生产过程中，对玻璃容器的壁厚进行准确、快速的测量，是提高玻璃容器质量的前提条件。

现有技术中可以使用接触式测量技术对玻璃容器的壁厚进行测量，并且在石英管壁厚的测量方法，采用激光扫描技术研制开发了小测量范围的壁厚测量***，且上述的玻璃容器壁厚测量设备大多只能以抽检的方式对石英管壁厚进行测量。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术中的无法实现对生产过程中的玻璃容器等透明材料的壁厚进行快速、准确的在线测量。

发明内容

本发明实施例提供一种透明材料的厚度检测方法和装置，用以实现对生产过程中的透明材料的壁厚进行快速、准确的在线测量。

本发明实施例提供了一种透明材料的厚度检测装置，包括光学测量***、光学分析***和数据处理***，其中

光学测量***包括宽带光源、输入光纤、光纤耦合器、接收光纤以及包括至少一个透镜的光学发射***，所述宽带光源发出的光经输入光纤、光纤耦合器传输到光学发射***，被测透明材料反射的光经光纤耦合器、接收光纤传输到所述光学分析***；

所述光学分析***用于对接收到的被测透明材料的反射光进行分析以获取反射峰对应的波长值；

所述数据处理***用于根据所述光学分析***获取的反射峰对应的波长值获取被测透明材料的厚度。

本发明实施例还提供了一种透明材料的厚度检测方法，包括：

宽带光源发出的光经输入光纤、光纤耦合器传输到光学发射***，并由所述光学发射***输出到被测量透明材料；

接收所述被测量透明材料的反射光，并由光纤耦合器、接收光纤传输到光学分析***；

光学分析***对接收到的被测透明材料的反射光进行分析以获取反射峰对应的波长值；

数据处理***根据所述光学分析***获取的反射峰对应的波长值获取被测透明材料的厚度。

本发明上述实施例提供的透明材料的厚度检测方法和装置，使用宽带光源作为输出光，通过检测反射光中两个反射峰对应的波长，并由数据处理***根据上述获取的反射峰对应的波长值获取被测透明材料的厚度，能够实现准确、快速的对透明材料的厚度进行在线测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明透明材料的厚度检测装置实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例中厚度检测装置的装置示意图；

图3为本发明具体实施例中光学发射***的原理示意图一；

图4为本发明具体实施例中光学发射***的原理示意图二；

图5为本发明透明材料的厚度检测方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中无法实现对透明材料的厚度进行迅速、准确的在线测量的缺点，本发明实施例提供了一种透明材料的厚度检测装置，图1为本发明透明材料的厚度检测装置实施例的结构示意图，如图1所示，该装置包括光学测量***11、光学分析***12和数据处理***13，其中光学测量***11主要用于输出宽带光源，并采集被测量的透明材料返回的反射光，光学分析***12是一个进行光谱分析的分光***，能够检测出反射光中能量最前的波长值，数据处理***13基于上述获取的波长值进行计算以获取被测透明材料的厚度。

具体的如图2所示，上述的光学测量***包括宽带光源21、输入光纤22、光纤耦合器23、接收光纤24以及包括至少一个透镜的光学发射***25，其中宽带光源21发出的光经输入光纤22、光纤耦合器23传输到光学发射***25，被测透明材料反射的光经光纤耦合器23、接收光纤24传输到所述光学分析***12；光学分析***12用于对接收到的被测透明材料的反射光进行分析以获取反射峰对应的波长值；数据处理***用于根据所述光学分析***获取的反射峰对应的波长值获取被测透明材料的厚度。

本发明上述实施例中宽带光源发出的光由光学发射***发射后会形成一系列连续的焦距，在被测量透明材料的上、下表面反射后，反射光中会形成两个对应的反射峰，通过光学分析***获取上述两个反射峰对应的波长值，再由数据处理***根据数学模型进行计算即可获得被测量透明材料的厚度。并且上述的数据处理***可以具体为一计算机数据处理***，能够提供快速的数据处理，能够实现对生产过程中的玻璃容器的壁厚进行快速、准确的在线测量。

上述的厚度检测装置的测量原理是利用透镜的色差，即透镜的焦距与光谱波长有关，对于不同波长的光同一透镜具有不同的焦距，例如上述的光学发射***为一个共焦光学***，也是一个色差线性分配***，其可以为一个透镜或者包括多个透镜的透镜组，当有宽带光源经光学发射***输出后，上述光学发射***会形成一系列连续的焦距，上述焦距的范围即为该厚度测量装置的测量范围，可通过调节宽带光源的光谱宽度以及光学发射***的透镜参数调节测量范围。当将一被测透明材料置于上述测量范围内时，其上下表面都会对应一波长的焦距，因此上下表面反射的光会经被反射到光学发射***中，上述反射光经由光纤耦合器分路到接收光纤中，然后输出到分光***进行光谱分析，以获取反射光中两个反射峰对应的波长。上述分光***在检测到前、后反射面的两个波长的峰值后，由线阵CCD进行数据采集与处理。

上述实施例中的光学发射***是一个共焦光学***，其中对应波长为λ的单色波，其后截距L可表示为L(λ)，***像面数值孔径NA可表示为NA(λ)，当宽带光源的光谱范围为[λ_a，λ_b]，则该***的最大测量范围ΔL_max可表示为ΔL_max＝L(λ_b)-L(λ_a)。进一步的上述实施例中的宽带光源可以使用白光光源，以获得的较大的测量范围。

如图3所示，在本发明一个具体实施例中，被测材料厚度为l，经被测材料前表面反射回来的光谱峰值波长为λ₁，被测材料后表面反射回来的光谱峰值波长为λ₂，即有λ₁∈[λ_a，λ_b]，λ₂∈[λ_a，λ_b]，且λ_a＜λ₁＜λ₂＜λ_b，结合图4可知，谱线λ₂在被测材料表面的入射角i：

i＝arcsinNA(λ₂)

根据被测材料对λ₂的折射率n(λ₂)，由折射定律求可得折射角i′：

$i^{\′}=\arcsin \frac{\mathrm{NA}\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}{n\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}$

由几何关系可求得t：

t＝s·tan i＝[L(λ₂)-L(λ₁)]·tan[arcsin NA(λ₂)]

被测材料厚度l为：

$l=t\·{\mathrm{ctgi}}^{\′}=[L\left({\mathrm{\λ}}_2\right)-L\left({\mathrm{\λ}}_1\right)]\·\tan \left[\arcsin \mathrm{NA}\left({\mathrm{\λ}}_2\right)\right]\·\mathrm{ctg}\left[\arcsin \frac{\mathrm{NA}\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}{n\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}\right]$

上述公式即可为上述实施例中预先建立的数学模型，由上述公式可知，在获得反射峰对应的两个波长λ₁、λ₂后，以及被测材料对λ₂波长的折射率n(λ₂)后，代入上述公式即可求得被测材料的厚度。另外在数据处理***根据预先建立的数学模型以及获取的所述反射峰对应的波长值进行计算时，还可以进一步对上述的计算结果进行消误差处理以修正测量结果，具体的是消除温度漂移和零点漂移引起的误差。

本发明实施例还提供了一种基于上述各个实施例中的厚度检测装置的厚度检测方法，图5为本发明透明材料的厚度检测方法实施例的流程示意图，如图5所示，该方法包括：

步骤101、宽带光源发出的光经输入光纤、光纤耦合器传输到光学发射***后，并由所述光学发射***输出到被测量透明材料；

步骤102、接收所述被测量透明材料的反射光，并由光纤耦合器、接收光纤传输到光学分析***；

步骤103、光学分析***对接收到的被测透明材料的反射光进行分析以获取反射峰对应的波长值；

步骤104、数据处理***根据所述光学分析***获取的反射峰对应的波长值获取被测透明材料的厚度。

本发明上述实施例中宽带光源发出的光由光学发射***发射后会形成一系列连续的焦距，在被测量透明材料的上、下表面反射后，反射光中会形成两个对应的反射峰，通过光学分析***获取上述两个反射峰对应的波长值，再由数据处理***进行计算即可获得被测量透明材料的厚度。并且上述的数据处理***可以具体为一计算机数据处理***，能够提供快速的数据处理，上述的厚度测量方法能够对生产过程中的玻璃容器的壁厚进行快速、准确的在线测量。

上述实施例中的步骤104可具体为数据处理***根据预先建立的数学模型以及获取的所述反射峰对应的波长值进行计算以获取所述被测透明材料的厚度。即在计算机数据处理***中建立被测透明材料厚度L与反射峰对应波长值λ₁和λ₂关系的数学模型：

在获取λ₁和λ₂后，代入计算即可得出被测透明材料厚度L。并且在计算过程中，可以进一步的由数据处理***对所述计算结果进行消误差处理。

本发明上述实施例提供的透明材料的厚度检测方法和装置，其中的宽带光源(可以是白光光源)发出的光由光学发射***发射后会形成一系列连续的焦距，在被测量透明材料的上、下表面反射后，反射光中会形成两个对应的反射峰，通过光学分析***获取上述两个反射峰对应的波长值，再由数据处理***根据数学模型进行计算即可获得被测量透明材料的厚度。上述的测量范围可通过调节宽带光源的光谱宽度以及光学发射***的透镜参数获得，测量范围可达0.5mm～15mm，测量精度可以为±0.01mm。并且上述的数据处理***可以具体为一计算机数据处理***，能够提供高达4000次/秒的数据处理速度，能够实现对生产过程中的玻璃容器的壁厚进行快速、准确的在线测量。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种透明材料的厚度检测装置，其特征在于，包括光学测量***、光学分析***和数据处理***，其中

光学测量***包括宽带光源、输入光纤、光纤耦合器、接收光纤以及包括至少一个透镜的光学发射***，所述宽带光源发出的光经输入光纤、光纤耦合器传输到光学发射***，被测透明材料反射的光经光纤耦合器、接收光纤传输到所述光学分析***；

所述光学分析***用于对接收到的被测透明材料的反射光进行分析以获取反射峰对应的波长值；

所述数据处理***用于根据所述光学分析***获取的反射峰对应的波长值获取被测透明材料的厚度。

2.根据权利要求1所述的透明材料的厚度检测装置，其特征在于，所述宽带光源为白光光源。

3.根据权利要求1所述的透明材料的厚度检测装置，其特征在于，所述数据处理***具体用于根据建立的数学模型以及获取的所述反射峰对应的波长值进行计算以获取所述被测透明材料的厚度。

4.根据权利要求4所述的透明材料的厚度检测装置，其特征在于，所述数据处理***还用于在根据预先建立的数学模型以及获取的所述反射峰对应的波长值进行计算时，对所述计算结果进行消误差处理。

5.一种透明材料的厚度检测方法，其特征在于，包括：

宽带光源发出的光经输入光纤、光纤耦合器传输到光学发射***后，并由所述光学发射***输出到被测量透明材料；

接收所述被测量透明材料的反射光，并由光纤耦合器、接收光纤传输到光学分析***；

光学分析***对接收到的被测透明材料的反射光进行分析以获取反射峰对应的波长值；

数据处理***根据所述光学分析***获取的反射峰对应的波长值获取被测透明材料的厚度。

6.根据权利要求5所述的透明材料的厚度检测方法，其特征在于，所述数据处理***根据所述光学分析***获取的反射峰对应的波长值获取被测透明材料的厚度包括：

所述数据处理***根据预先建立的数学模型以及获取的所述反射峰对应的波长值进行计算以获取所述被测透明材料的厚度。

7.根据权利要求5所述的透明材料的厚度检测方法，所述数据处理***根据预先建立的数学模型以及获取的所述反射峰对应的波长值进行计算时，还包括：

所述数据处理***对所述计算结果进行消误差处理，以消除温度漂移和零点漂移引起的误差。

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