CN102853784A - 一种光栅尺尺壳直线度的非接触式光学自动检测装置 - Google Patents

Abstract

光栅尺尺壳直线度的非接触式光学自动检测装置属于直线度的光学自动检测领域，该装置包括电脑、采集卡、CCD摄像头、物镜、光源、聚光镜、镀膜玻璃、直线平动机构、夹具和基座。检测光路中的光源发出的光由聚光镜聚光后，经镀膜玻璃和尺壳表面的反射后，经过物镜在CCD上形成分界清晰的‘明暗明’相间的光带。在检测装置沿尺壳长度方向移动的同时，测量暗带的宽度，即可通过计算得出尺壳的直线性数据。本发明克服了传统接触式测量时因接触受力导致尺壳微小形变进而产生误差的技术问题，大幅度缩小了测量误差对光栅尺的全长累计误差和小周期误差所产生的影响，提高了光栅尺的检测精度和质量。

Description

一种光栅尺尺壳直线度的非接触式光学自动检测装置

技术领域

本发明属于直线度的光学自动检测领域，具体涉及一种光栅尺尺壳直线度的非接触式光学自动检测装置。

背景技术

光栅尺的尺壳采用拉制铝为材料，由铝型材厂拉制生产完成。在拉制成型的过程中，尺壳的表面会出现弯曲变形，导致尺壳表面产生直线度误差，此误差对光栅尺的全长累计误差和小周期误差都会产生很大的影响，严重影响光栅尺的精度和质量。现有的光栅尺尺壳直线度检测多采用接触式检测方法，由于检测头自身存在一定误差，并且在测量的过程中接触产生的力导致尺壳的微小形变也会影响光栅尺尺壳检测精度。因此，提高对光栅尺尺壳的检测精度，对生产并筛选出精度合格的光栅尺具有重要意义。

发明内容

为解决现有光栅尺尺壳直线度检测多采用接触式检测方法，检测头自身存在一定误差，同时在接触测量的过程中接触产生的力导致尺壳微小形变，严重影响光栅尺尺壳检测精度的技术问题，本发明提供一种光栅尺尺壳直线度的非接触式光学自动检测装置。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

光栅尺尺壳直线度的非接触式光学自动检测装置包括电脑、采集卡、CCD摄像头、物镜、光源、聚光镜、镀膜玻璃、直线平动机构、夹具和基座；光源、聚光镜、镀膜玻璃、物镜、CCD摄像头与直线平动机构共同构成光学检测***；夹具与基座固定连接，其将光栅尺尺壳夹紧并放置于镀膜玻璃的下方，光栅尺尺壳与镀膜玻璃的下表面平行，直线平动机构的运动方向与光栅尺尺壳平行；

所述的镀膜玻璃为平板玻璃，其下表面设有镀膜的反射膜区和未镀膜的非反射膜区，反射膜区与非反射膜区之间的分界线为直线；光源发出的检测光经聚光镜汇聚以后，透过镀膜玻璃的上表面并经折射后照射到镀膜玻璃的下表面上；照射在反射膜区上的入射光为第一入射光，照射在非反射膜区的入射光线为第二入射光；第一入射光被反射膜区反射后，经镀膜玻璃的上表面射出形成第一出射光；第二入射光从非反射膜区射出形成第二出射光，第二出射光经光栅尺尺壳的反射后，从非反射膜区入射，再从镀膜玻璃的上表面出射形成第三出射光；经聚光镜汇聚后的出射光线为平行光，其入射到镀膜玻璃上表面时的入射角为锐角；

所述的物镜将镀膜玻璃的第一出射光和第三出射光分别汇聚到CCD摄像头上，CCD摄像头将光信号转换为对应的图像信号后，经采集卡储存数据并同时在电脑上显示图像；第一出射光在电脑上成像为一条明亮的光带；第三出射光在电脑上成像为一条灰暗的光带；第一出射光与第三出射光之间的阴影区在电脑上成像为一条黑色带。

本发明的有益效果是：通过非接触式光学自动检测装置对光栅尺尺壳直线度进行检测，克服了传统接触式测量时因接触受力导致尺壳微小形变进而产生误差的技术问题，大幅度缩小了测量误差对光栅尺的全长累计误差和小周期误差所产生的影响，提高了光栅尺的检测精度和质量。

附图说明

图1是本发明光栅尺尺壳直线度的非接触式光学自动检测装置的结构示意图；

图2是本发明中的镀膜玻璃的光路示意图；

图3是本发明中的CCD摄像头的成像示意图；

图4是本发明中的镀膜玻璃反射区和非反射区的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明光栅尺尺壳直线度的非接触式光学自动检测装置包括：电脑1、采集卡2、CCD摄像头3、物镜4、光源5、聚光镜6、镀膜玻璃7、直线平动机构8、夹具10和基座11；光源5、聚光镜6、镀膜玻璃7、物镜4、CCD摄像头3与直线平动机构8共同构成光学检测***；夹具10与基座11固定连接，其将光栅尺尺壳9夹紧并放置于镀膜玻璃7的下方，光栅尺尺壳9与镀膜玻璃7的下表面平行，直线平动机构8的运动方向与光栅尺尺壳9平行。

如图2至图4所示，镀膜玻璃7为透明平板玻璃，其下表面设有镀膜的反射膜区7-1和未镀膜的非反射膜区7-2，反射膜区7-1与非反射膜区7-2之间的分界线为直线；光源5发出的检测光经聚光镜6汇聚，经聚光镜6汇聚后的出射光线为平行光，其入射到镀膜玻璃7上表面时的入射角β1为锐角。经聚光镜6汇聚后的出射光线透过镀膜玻璃7的上表面并经折射后照射到镀膜玻璃7的下表面上；照射在反射膜区7-1上的入射光为第一入射光a，照射在非反射膜区7-2的入射光线为第二入射光b；第一入射光a被反射膜区7-1反射后，经镀膜玻璃7的上表面射出并形成第一出射光a-1；第二入射光b从非反射膜区7-2射出并形成第二出射光c，第二出射光c经光栅尺尺壳9的反射后，从非反射膜区7-2入射，再从镀膜玻璃7的上表面出射并形成第三出射光d。

物镜4将镀膜玻璃7的第一出射光a-1和第三出射光d分别汇聚到CCD摄像头3上，CCD将光信号转换为对应的图像信号后，经采集卡2储存数据并同时在电脑1上显示图像；第一出射光a-1在电脑1上成像为一条明亮的光带A；第三出射光d在电脑1上成像为一条灰暗的光带D；第一出射光a-1与第三出射光d之间的阴影区f在电脑1上成像为一条黑色带F。

应用本发明的非接触式光学自动检测装置对光栅尺尺壳的直线度进行检测时，由直线平动机构8带动光学检测***沿光栅尺尺壳9的方向直线运动，对光栅尺尺壳9的表面进行扫描。通过电脑1对计算求得黑色带F的宽度H，并反推求得CCD摄像头3的入射端的阴影区f的宽度h3；根据光线的传播原理和三角函数可知，该阴影区f在镀膜玻璃7的下表面的宽度h2与h3为正弦三角函数关系，光栅尺尺壳9与镀膜玻璃7下端面之间的距离h1是等腰直角三角形的高，由该直角三角形的底边长度h2即可以求得h1的高度。当入射角β1保持为45°角时，h1的数值恰好等于h2数值的一半。

在对尺壳表面进行扫描时，连续求得并记录全部h1的数值，若h1数值的变化率小于误差率，则认为光栅尺尺壳9的直线度符合要求。若h1数值的变化率大于误差上限，说明此时h1数值对应的尺壳上有凹陷；反之，若h1数值的变化率小于误差下限，说明此时h1数值对应的尺壳上有凸起。

Claims (3)

1.一种光栅尺尺壳直线度的非接触式光学自动检测装置，其特征在于：该检测装置包括电脑（1）、采集卡（2）、CCD摄像头（3）、物镜（4）、光源（5）、聚光镜（6）、镀膜玻璃（7）、直线平动机构（8）、夹具（10）和基座（11）；光源（5）、聚光镜（6）、镀膜玻璃（7）、物镜（4）、CCD摄像头（3）与直线平动机构（8）共同构成光学检测***；夹具（10）与基座（11）固定连接，其将光栅尺尺壳（9）夹紧并放置于镀膜玻璃（7）的下方，直线平动机构（8）的运动方向与光栅尺尺壳（9）平行；

所述的镀膜玻璃（7）为平板玻璃，其下表面设有镀膜的反射膜区（7-1）和未镀膜的非反射膜区（7-2），反射膜区（7-1）与非反射膜区（7-2）之间的分界线为直线；光源（5）发出的检测光经聚光镜（6）汇聚以后，透过镀膜玻璃（7）的上表面并经折射后照射到镀膜玻璃（7）的下表面上；照射在反射膜区（7-1）上的入射光为第一入射光（a），照射在非反射膜区（7-2）的入射光线为第二入射光（b）；第一入射光（a）被反射膜区（7-1）反射后，经镀膜玻璃（7）的上表面射出形成第一出射光（a-1）；第二入射光（b）从非反射膜区（7-2）射出形成第二出射光（c），第二出射光（c）经光栅尺尺壳（9）的反射后，从非反射膜区（7-2）入射，再从镀膜玻璃（7）的上表面出射形成第三出射光（d）；

所述的物镜（4）将镀膜玻璃（7）的第一出射光（a-1）和第三出射光（d）分别汇聚到CCD摄像头（3）上，CCD摄像头（3）将光信号转换为对应的图像信号后，经采集卡（2）储存数据并同时在电脑（1）上显示图像；第一出射光（a-1）在电脑（1）上成像为一条明亮的光带（A）；第三出射光（d）在电脑（1）上成像为一条灰暗的光带（D）；第一出射光（a-1）与第三出射光（d）之间的阴影区（f）在电脑（1）上成像为黑色带（F）。

2.如权利要求1所述的自动检测装置，其特征在于：所述光栅尺尺壳（9）与镀膜玻璃（7）的下表面平行。

3.如权利要求1所述的自动检测装置，其特征在于：所述经聚光镜（6）汇聚后的出射光线为平行光，其入射到镀膜玻璃（7）上表面时的入射角为锐角。

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