CN110220469B

CN110220469B - 用于透明管的内径测量的方法和设备

Info

Publication number: CN110220469B
Application number: CN201910154755.XA
Authority: CN
Inventors: H·海特杰马; 亨德瑞克·凯特拉尔斯
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: US20190271535A1; EP3534106B1; JP2019152664A; US10458779B2; EP3534106A1; JP7303641B2; EP3537100B1; EP3537100A1; CN110220469A

Abstract

本发明提供用于透明管的内径测量的方法和设备。在用于测量透明管状物体的性质的方法和设备中，激光束扫描物体，并且在平行于激光束方向的第一检测方向上、或者在该第一检测方向上和与该第一检测方向成角度、特别是90°的第二检测方向上检测源自物体的激光光。可以根据折射率、扫描速度、在第一检测方向上和第二检测方向上检测到的外径、以及从物体的外表面反射的激光光与折射到物体中并在物体的内表面反射的激光光之间的时间差，来计算物体的内半径。如果在第一检测方向上检测折射到物体中并在该物体的内表面反射的激光光的时间是已知的，则不需要折射率。

Description

用于透明管的内径测量的方法和设备

技术领域

本发明涉及测量透明管状物体的尺寸的领域，并且更具体地涉及测量透明管状物体的内径的领域。特别地，本发明涉及用于使用激光扫描来测量透明管状物体的内径的方法和设备。这里，直径取半径的两倍，使得在测量内半径时，由此测量了作为内半径的两倍的内径。

在本文中，管状物体被理解为至少在测量尺寸的部分处具有管状形状(特别是圆筒形状)的物体。

背景技术

如下所示，已知有用于测量细长圆筒状或管状物体的直径的各种设备和方法。

US 4,692,629 A公开了光学型测量装置作为该参考文献中所论述的现有技术的一部分，其中多边形旋转反射镜所产生的旋转扫描光束(激光束)由准直透镜转换成要穿过该准直透镜和聚光透镜的平行扫描光束。在准直透镜和聚光透镜之间***待测量工件，并且根据由于平行扫描光束被待测量工件阻挡而产生的暗部或明部的时间长度来测量该待测量工件的尺寸。在JP 2011-106817 A中公开了类似的装置。

根据参考文献US 4,692,629中的现有技术或者根据参考文献JP 2011-106817 A的光学型测量装置用于测量圆筒状工件的外径，但没有给出用于测量管状透明工件的内径的任何指示。

US 2017/0167854 A1公开了将透明管放置在从投光器发射出并到达光接收器的平行激光束中。光接收器提供用于指示与平行激光束的宽度方向位置相对应地接收到的光量的检测信号。检测由被透明管的内周面反射并入射到光接收器的光束在检测信号中所形成的峰；检测峰与预定阈值交叉的两个交点的宽度方向位置。根据两个交点的平均值来计算被透明管的内周面反射的光束的宽度方向位置。根据宽度方向位置来测量透明管的内径。

根据参考文献US 2017/0167854 A1的方法使得能够借助于以与透明管的纵向延伸相切的方式透射的并且以与该管的纵向延伸成直角的方式穿过该管透射的激光束来测量该管的内径和外径。尽管该参考文献在确定透明管的内径方面提供了改进，但特别是在透明管薄的情况下，仍存在进一步提高内径的测量精度的空间。不利地，US 2017/0167854A1中所述的方法对薄的管状物体不敏感，因为该管状物体的内表面的折射使得该管状物体的内表面和外表面的激光束的反射之间的时间差非常小。

在1994年的Measurement的第13期的第13-22页Jablonski,R.等人的“Lasermeasurement of form and dimensions of transparent tubular elements”中，公开了使得能够测量透明管状物体的总几何形状的非接触式激光扫描反射方法。以垂直于物体的方式按恒定速度扫描聚焦激光束。获得了三个主要光线：第一光线和第二光线分别表示来自外表面和内表面的两个反射波，以及第三光线表示与外表面相切的波。这些光线由两个检测器的检测器透镜收集，并被会聚到相应检测器的平面中的焦点。通过测量主要光线之间的时间并且假设恒定的扫描速度，可以确定所测量的物体的外曲率半径和内曲率半径。

根据Jablonski等人的参考文献的方法使得能够在沿着透明管状物体的内周的特定位置处局部地测量该物体的内径。根据在沿着物体的外周的特定位置处的反射来确定外径。因此，该测量对局部曲率敏感。外径测量的有限精度对内径精度产生不利影响。

因此，特别是在透明管状物体薄的情况下、即在该管状物体的壁厚小于该管状物体的半径的约10％的情况下，需要提高该管状物体的内径的测量精度。

发明内容

将期望提供提高了测量透明管状物体的内径的精度的方法和设备。

为了更好地解决该担忧，在本发明的第一方面中，提供用于测量透明管状物体的内径的方法的第一实施例、第二实施例、第三实施例和第四实施例。该管状物体由具有折射率n的材料制成。该管状物体至少在进行测量的区域处形成圆筒状通道并且具有在该通道内沿中央延伸的中心轴线。所述方法的第一实施例包括以下步骤：

沿与所述物体的纵向轴线成直角的扫描路径按恒定的扫描速度ν_s在扫描方向上扫描激光束，其中扫描的激光束沿与所述扫描方向成直角且与所述物体的纵向轴线成直角的第一激光束方向指向所述物体；

在平行于该激光束方向的第一检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度；

根据在所述第一检测方向上检测到的激光光的强度来确定第一时间τ(0)和第二时间τ(2R_D)，其中τ(0)表示该激光束与所述物体的外表面在所述物体的第一点处相切，以及τ(2R_D)表示该激光束与所述物体的外表面在所述物体的与所述第一点径向相对的第二点处相切；

在与所述第一检测方向成大于零的检测角度α的第二检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度；

根据在所述第二检测方向上检测到的激光光的强度来确定第三时间τ(x_D2)和第四时间τ(x_d2)，其中τ(x_D2)表示该激光束在所述物体的外表面在所述物体的第三点处发生反射，以及τ(x_d2)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第四点处发生反射；以及

基于n、v_s、α、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)和τ(x_d2)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

检测激光光强度包括：检测激光光的强度的一个或多个不同转变，特别地：

-从高强度(其高于第一高强度阈值)向低强度(其低于第一高强度阈值或低于第一低强度阈值)的强度转变；或者

-从低强度(其低于第二低强度阈值)向高强度(其高于第二低强度阈值或高于第二高强度阈值)的强度转变；或者

-从低强度(其低于第三低强度阈值)向高强度(其高于第三低强度阈值或高于第三高强度阈值)、然后返回到低强度(其低于第三高强度阈值或低于第三低强度阈值)的强度转变的组合。

第一低强度阈值、第二低强度阈值和第三低强度阈值中的任一个可以与第一低强度阈值、第二低强度阈值和第三低强度阈值中的任何其它一个或者第一高强度阈值、第二高强度阈值和第三高强度阈值中的任一个相同或不同。第一高强度阈值、第二高强度阈值和第三高强度阈值中的任一个可以与第一高强度阈值、第二高强度阈值和第三高强度阈值中的任何其它一个或者第一低强度阈值、第二低强度阈值和第三低强度阈值中的任一个相同或不同。

根据本发明的方法的第一实施例，如在激光光穿过管状物体之后所看到的，在两个不同的检测方向(即，第一检测方向和第二检测方向)上检测激光光强度。在第一检测方向上检测激光光强度提供第一时间和第二时间，并且在第二检测方向上检测激光光强度提供第三时间和第四时间。

特别地，处理***使用第一检测方向上的激光光强度的检测来计算第二时间和第一时间之间的时间差，其中根据该时间差，可以求出管状物体的外半径R_D。由于该时间差相对较长，因此在确定第一时间和第二时间时的任何不准确在时间差值的精度方面发挥相对较小的作用。

此外，特别地，处理***使用第二检测方向上的激光光强度的检测来计算第四时间和第三时间之间的时间差，该时间差在R_D和R_d之间的差减小的情况下将变短。然而，该时间差仍足以在确定第四时间和第三时间的时间差时提供可接受的精度。

结果，该方法基于在利用激光束扫描管状物体时(特别是在管状物体薄时)所检测到的时间，来在物体的R_d(或相当于内径)的计算时提供提高了的精度。

管状物体的透明材料的折射率可以是已知的或者可以是未知的。在这两个情况下，如本文中所公开的，可以应用该方法的适当实施例以进行管状物体的测量从而能够计算该管状物体的内半径。

计算的结果可以是用于在诸如显示单元等的用户界面处提供R_d的值的信号。该信号还可用于监视或控制生产线、或者控制产生管状物体的装置。

这里注意，Jablonski等人的方法提出了使用第三时间和第一时间之间以及第四时间和第一时间之间的时间差。在Jablonski等人的方法中不使用第一检测方向上的第二时间以及第四时间和第三时间之间的时间差。

在本发明的方面的第二实施例中，提供一种用于测量具有折射率n和纵向轴线的透明管状物体的性质的方法。所述方法的第二实施例包括：

沿与所述物体的纵向轴线成直角的扫描路径按恒定的扫描速度ν_s在扫描方向上扫描激光束，其中所述激光束与所述物体的纵向轴线成直角地指向，扫描的激光束在所述扫描路径的第一部分中沿与所述扫描方向成直角的第一激光束方向指向所述物体，并且在所述扫描路径的第二部分中经由反射器沿与所述第一激光束方向成大于零的扫描角度β的第二激光束方向被重定向到所述物体；

在平行于所述第一激光束方向的第一检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度；

在与所述第一检测方向成检测角度α的第二检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度；

基于n、v_s、α、β、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)和τ(x_d2)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

在本发明的方法的第三实施例中，提供一种用于测量具有纵向轴线的透明管状物体的性质的方法。该方法的第三实施例包括：

根据在所述第二检测方向上检测到的激光光的强度来确定第三时间τ(x_D2)和第四时间τ(x_d2)，其中τ(x_D2)表示该激光束在所述物体的外表面在所述物体的第三点处发生反射，以及τ(x_d2)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第四点处发生反射；

根据在所述第一检测方向上检测到的激光光的强度来确定第五时间τ(x_d1)，其中τ(x_d1)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第五点处发生反射；以及

基于ν_s、α、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)、τ(x_d2)和τ(x_d1)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

在本发明的方法的第四实施例中，提供一种用于测量具有纵向轴线的透明管状物体的性质的方法。该方法的第四实施例包括：

沿与所述物体的纵向轴线成直角的扫描路径按恒定的扫描速度ν_s在扫描方向上扫描激光束，其中该激光束与所述物体的纵向轴线成直角地指向，其中扫描的激光束在所述扫描路径的第一部分中沿与所述扫描方向成直角的第一激光束方向指向所述物体，并且在所述扫描路径的第二部分中经由反射器沿与所述第一激光束方向成大于零的扫描角度β的第二激光束方向被重定向到所述物体；

基于ν_s、α、β、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)、τ(x_d2)和τ(x_d1)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

在该方法的第三实施例和第四实施中，通过除第一时间、第二时间、第三时间和第四时间外还附加地测量第五时间，可以从R_d的计算中消除折射率n。这是优点，因为无需预先已知管状物体的材料的n。

在该方法的第一实施例中，确定第一时间、第二时间、第三时间和第四时间，第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α为90°，以及管状物体的折射率n是已知的，基于以下的等式来计算管状物体的内半径R_d：

其中：

以及

在该方法的第一实施例中，确定第一时间、第二时间、第三时间和第四时间，第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α可以不同于90°，并且可以在45°～135°之间，以及管状物体的折射率n是已知的，基于以下的等式来计算管状物体的内半径R_d：

其中：

以及

在该方法的第二实施例中，确定第一时间、第二时间、第三时间和第四时间，第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α可以不同于90°，并且可以在45°～135°之间，检测角度α与第一激光束方向和第二激光束方向之间的扫描角度β的总和可以在45°～135°之间，并且特别地可以为90°，以及管状物体的折射率n是已知的，基于以下的等式来计算管状物体的内半径R_d：

其中：

以及

在该方法的第三实施例中，确定第一时间、第二时间、第三时间、第四时间和第五时间，第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α为90°，以及管状物体的折射率n是未知的，基于以下的等式来计算管状物体的内半径R_d：

其中：

以及

在该方法的第三实施例中，确定第一时间、第二时间、第三时间、第四时间和第五时间，第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α可以不同于90°，并且可以在45°～135°之间，以及管状物体的折射率n是未知的，基于以下的等式来计算管状物体的内半径R_d：

其中：

以及

在该方法的第四实施例中，确定第一时间、第二时间、第三时间、第四时间和第五时间，第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α可以不同于90°，并且可以在45°～135°之间，其中检测角度α与第一激光束方向和第二激光束方向之间的扫描角度β的总和可以在45°～135°之间，并且特别地可以为90°，以及管状物体的折射率n是未知的，基于以下的等式来计算管状物体的内半径R_d：

其中：

以及

在本发明的方法的第一实施例、第二实施例、第三实施例和第四实施例中的实施例中，该方法还包括：

使所扫描的激光束在45°偏振方向上偏振；以及

使源自物体的在第一检测方向上的激光光在(-45+δ)°偏振方向上偏振，其中|δ|>0；以及/或者

使源自物体的在第二检测方向上的激光光在(45+ε)°偏振方向上偏振，其中|ε|>0。

使激光光按所示方式偏振的优点在于：在第一检测方向上，可以通过调整角度δ来使管状物体外部的完全透射激光束的强度和透射到管状物体内部的激光光的强度均衡。此外，在第二检测方向上，可以通过调整角度ε来使在管状物体的外表面直接反射的激光光的强度和在管状物体的内表面反射的激光光的强度均衡。

在一些实施例中，省略了使源自物体的在第一检测方向上的激光光在(-45+δ)°偏振方向上偏振的步骤，并且进行使源自物体的在第二检测方向上的激光光在(45+ε)°偏振方向上偏振的步骤。在其它实施例中，进行使源自物体的在第一检测方向上的激光光在(-45+δ)°偏振方向上偏振的步骤，并且省略使源自物体的在第二检测方向上的激光光在(45+ε)°偏振方向上偏振的步骤。在另外的其它实施例中，进行使源自物体的在第一检测方向上的激光光在(-45+δ)°偏振方向上偏振的步骤和使源自物体的在第二检测方向上的激光光在(45+ε)°偏振方向上偏振的步骤这两者。

在本发明的第二方面中，提供用于测量具有折射率n和纵向轴线的透明管状物体的性质的第一设备、第二设备、第三设备和第四设备。该设备的第一实施例包括：

激光束扫描器，其被配置用于沿与所述物体的纵向轴线成直角的扫描路径按恒定的扫描速度ν_s在扫描方向上扫描激光束，其中扫描的激光束沿与所述扫描方向成直角且与所述物体的纵向轴线成直角的第一激光束方向指向所述物体；

检测器组件，其被配置用于在平行于所述第一激光束方向的第一检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度，并且用于在与所述第一检测方向成大于零的检测角度α的第二检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度；以及

处理***，其被配置用于：

-根据所述检测器组件在所述第一检测方向上检测到的激光光的强度来确定第一时间τ(0)和第二时间τ(2R_D)，其中τ(0)表示该激光束与所述物体的外表面在所述物体的第一点处相切，以及τ(2R_D)表示该激光束与所述物体的外表面在所述物体的与所述第一点径向相对的第二点处相切；

-根据所述检测器组件在所述第二检测方向上检测到的激光光的强度来确定第三时间τ(x_D2)和第四时间τ(x_d2)，其中τ(x_D2)表示该激光束在所述物体的外表面在所述物体的第三点处发生反射，以及τ(x_d2)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第四点处发生反射；以及

-基于n、v_s、α、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)和τ(x_d2)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

根据本发明的设备的第一实施例，在该设备中，如在激光光穿过了管状物体之后所看到的，在两个不同的检测方向(即，第一检测方向和第二检测方向)上检测激光光强度。检测器组件在第一检测方向上检测激光光强度提供了第一时间和第二时间，并且检测器组件在第二检测方向上检测激光光强度提供了第三时间和第四时间。

特别地，检测器组件对第一检测方向上的激光光强度的检测用于由处理***计算第二时间和第一时间之间的时间差，从而由处理***计算R_D。由于该时间差相对较长，因此在确定第一时间和第二时间时的任何不准确在时间差值中发挥相对较小的作用。

此外，特别地，检测器组件对第二检测方向上的激光光强度的检测用于由处理***计算第四时间和第三时间的时间差，该时间差在R_D和R_d之间的差减小的情况下将变短。因而，同样这里，特别是在测量薄的管状物体的情况下，在确定第三时间和第四时间时的任何不准确在时间差值中发挥越来越小的作用。

结果，该设备基于在利用激光束扫描管状物体时(特别是在管状物体薄时)所检测到的时间，来在R_d的计算时提供提高了的精度。

在根据本发明的设备的第二实施例中，提供一种用于测量具有折射率n和纵向轴线的透明管状物体的性质的设备。该设备的第二实施例包括：

激光束扫描器，其被配置用于沿与所述物体的纵向轴线成直角的扫描路径按恒定的扫描速度ν_s在扫描方向上扫描激光束，其中扫描的激光束与所述物体的纵向轴线成直角地指向，扫描的激光束在所述扫描路径的第一部分中沿与所述扫描方向成直角的第一激光束方向指向所述物体，并且在所述扫描路径的第二部分中经由反射器沿与所述第一激光束方向成大于零的扫描角度β的第二激光束方向被重定向到所述物体；

检测器组件，其被配置用于在平行于所述第一激光束方向的第一检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度，并且被配置用于在与所述第一检测方向成检测角度α的第二检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度；以及

处理***，其被配置用于：

-根据在所述第一检测方向上检测到的激光光的强度来确定第一时间τ(0)和第二时间τ(2R_D)，其中τ(0)表示该激光束与所述物体的外表面在所述物体的第一点处相切，以及τ(2R_D)表示该激光束与所述物体的外表面在所述物体的与所述第一点径向相对的第二点处相切；

-根据在所述第二检测方向上检测到的激光光的强度来确定第三时间τ(x_D2)和第四时间τ(x_d2)，其中τ(x_D2)表示该激光束在所述物体的外表面在所述物体的第三点处发生反射，以及τ(x_d2)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第四点处发生反射；以及

-基于n、v_s、α、β、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)和τ(x_d2)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

在根据本发明的设备的第三实施例中，提供一种用于测量具有纵向轴线的透明管状物体的性质的设备。该设备的第三实施例包括：

检测器组件，其被配置用于在平行于所述第一激光束方向的第一检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度，并且在与所述第一检测方向成大于零的检测角度α的第二检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度；以及

处理***，其被配置用于：

-根据在所述第二检测方向上检测到的激光光的强度来确定第三时间τ(x_D2)和第四时间τ(x_d2)，其中τ(x_D2)表示该激光束在所述物体的外表面在所述物体的第三点处发生反射，以及τ(x_d2)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第四点处发生反射；

-根据在所述第一检测方向上检测到的激光光的强度来确定第五时间τ(x_d1)，其中τ(x_d1)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第五点处发生反射；以及

-基于ν_s、α、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)、τ(x_d2)和τ(x_d1)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

在根据本发明的设备的第四实施例中，提供一种用于测量具有纵向轴线的透明管状物体的性质的设备。该设备的第四实施例包括：

激光束扫描器，其被配置用于沿与所述物体的纵向轴线成直角的扫描路径按恒定的扫描速度ν_s在扫描方向上扫描激光束，其中该激光束与所述物体的纵向轴线成直角地指向，其中扫描的激光束在所述扫描路径的第一部分中沿与所述扫描方向成直角的第一激光束方向指向所述物体，并且在所述扫描路径的第二部分中经由反射器沿与所述第一激光束方向成大于零的扫描角度β的第二激光束方向被重定向到所述物体；

检测器组件，其被配置用于在平行于所述第一激光束方向的第一检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度，并且在与所述第一检测方向成检测角度α的第二检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度；以及

处理***，其被配置用于：

-基于ν_s、α、β、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)、τ(x_d2)和τ(x_d1)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

处理***可以将表示管状物体的R_d(或相当于内径)的值以任何适当的形式输出(例如，输出为信号)。

利用该设备的第三实施例和第四实施例，通过除第一时间、第二时间、第三时间和第四时间外还利用检测器组件附加地测量第五时间，可以从基于R_d的计算的等式中消除折射率n，并且处理***可以计算出R_d。这是优点，因为无需预先已知管状物体的材料的n。

在该设备的第一实施例和第三实施例中，第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α在45°～135°之间。

优选地，在检测器组件中检测角度为90°，因为这种配置使得能够进行检测器组件的相对简单的配置和处理***对R_d的快速计算。然而，诸如45°～135°之间的角度等的其它角度也是可以的，并且可以提供对R_d而言的提高了的灵敏度。

在该设备的第二实施例和第四实施例中，第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α可以为0°。第一激光束方向和第二激光束方向之间的扫描角度β可以在45°～135°之间，其中优选地，α和β的总和在45°～135°之间。

在本发明的设备的第一实施例、第二实施例、第三实施例和第四实施例中的实施例中，所述检测器组件包括：

-第一检测器，其被配置用于在所述第一检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度；以及

-第二检测器，其不同于所述第一检测器，并且被配置用于在所述第二检测方向上检测源自所述物体的激光光的强度。

具有单独的检测器的优点在于：这些检测器可以是相对于彼此可定位的，以获得一个或多个特定管状物体的最佳测量。此外，可以将第二检测器的角度位置设置成在预定的第二检测方向上，从而提供测量的最佳灵敏度。

在具有单独的检测器的设备的实施例中，所述检测器组件还包括：

-反射器，其配置在所述物体和所述第二检测器之间，所述反射器被配置用于将源自所述物体的所述第二检测方向上的激光光向着所述第二检测器反射。

通过关于反射器相对于物体的位置以及关于反射器中的激光光的入射角度和反射角度这两者适当地定位反射器，可以以简单方式实现测量的最佳灵敏度。

在具有单独的检测器以及反射器的设备的实施例中，所述反射器被配置用于将源自所述物体的所述第二检测方向上的激光光反射成沿着所述第一检测方向。在本实施例中，所述设备还可以包括：

-激光束偏振器，其配置在所述激光束扫描器和所述物体之间，所述激光束偏振器被配置用于对所述激光束进行偏振；

-波片、特别是λ/2片，其配置在所述物体和所述反射器之间，所述λ/2片被配置用于使源自所述物体的激光光的偏振方向转动；以及

-偏振分束器，其被布置且配置用于基于所述激光光的偏振状态，将所述第一检测方向上的来自所述物体和所述反射器的激光光分离到所述第一检测器和所述第二检测器。

实际上，在检测器组件中，将第一检测器和第二检测器中的每一个与聚光透镜组合以分别在第一检测方向和第二检测方向上聚焦激光光。激光束偏振器、波片和偏振分束器使得能够将一个聚光透镜用于第一检测器和第二检测器这两者。

在本发明的设备的第一实施例、第二实施例、第三实施例和第四实施例中的另一实施例中，所述检测器组件包括：

-反射器，用于将源自所述物体的所述第二检测方向上的激光光反射成沿着所述第一检测方向；以及

-第一检测器，其被配置用于检测源自所述物体的所述第一检测方向上的激光光的强度，并且被配置用于检测源自所述物体的所述第二检测方向上的并被所述反射器反射成沿着所述第一检测方向的激光光的强度。

由于光检测器相对昂贵，具有仅一个第一激光光检测器的优点在于使配置简单且省略了第二检测器，这使得设备的成本更低。另一方面，反射器是成本相对较低的组件。需要使用仅一个聚光透镜以使来自管状物体(在第一检测方向上直接来自管状物体和在第一检测方向上来自反射器这两者)的激光光聚焦在第一检测器上。

在包括反射器的设备的实施例中，所述反射器包括五棱镜或反射镜。

根据第一检测方向和第二检测方向之间的期望角度，五棱镜和反射镜提供适当的反射器，以使入射在五棱镜或反射镜上的光线沿成不同的角度的第二检测方向反射。五棱镜可以确保第二检测方向上的光相对于第一检测方向上的光为90°，尽管五棱镜可被配置为按除90°外的角度反射光。

在本发明的设备的第一实施例中，处理***被配置为基于以下的等式来计算内半径R_d，其中：第一时间、第二时间、第三时间和第四时间由处理***确定；测量或已测量第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α，或者该检测角度α是已知的，并且该检测角度α可以在45°～135°之间、优选为90°；以及管状物体的折射率n是已知的：

其中：

以及

在本发明的设备的第二实施例中，处理***被配置为基于以下的等式来计算内半径R_d，其中：第一时间、第二时间、第三时间和第四时间由处理***确定；测量或已测量第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α，或者该检测角度α是已知的，并且该检测角度α可以为0°或者不同于0°；测量或已测量第一激光束方向和第二激光束方向之间的扫描角度β，或者该扫描角度β是已知的，并且该扫描角度β可以在45°～135°之间、优选为90°；α和β的总和优选在45°～135°之间；以及管状物体的折射率n是已知的：

其中：

以及

在本发明的设备的第三实施例中，处理***被配置为基于以下等式来计算内半径R_d，其中：第一时间、第二时间、第三时间、第四时间和第五时间由处理***确定；测量或已测量第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α，或者该检测角度α是已知的，并且该检测角度α可以在45°～135°之间、优选为90°；以及管状物体的折射率n是未知的：

其中：

以及

在本发明的设备的第四实施例中，处理***被配置为基于以下等式来计算内半径R_d，其中：第一时间、第二时间、第三时间、第四时间和第五时间由处理***确定；测量或已测量第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α，或者该检测角度α是已知的，并且该检测角度α可以为0°或者不同于0°；测量或已测量第一激光束方向和第二激光束方向之间的扫描角度β，或者该扫描角度β是已知的，并且该扫描角度β可以在45°～135°之间、优选为90°；α和β的总和优选在45°～135°之间；以及管状物体的折射率n是未知的：

其中：

以及

在实施例中，所述设备还包括：

第一偏振器，其具有45°偏振方向，并且被配置于激光束的路径中；

第二偏振器，其具有的(-45+δ)°偏振方向，并且被配置于源自所述物体的所述第一检测方向上的激光光的路径中，其中|δ|>0；以及

第三偏振器，其具有(45+ε)°偏振方向，并且被配置于源自所述物体的所述第二检测方向上的激光光的路径中，其中|ε|>0。

随着通过参考结合附图考虑时的以下详细说明变得更好地理解本发明，将容易获得本发明的这些和其它方面，在附图中，相同的附图标记指定相同的部分。

附图说明

图1示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第一实施例。

图2示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第二实施例。

图3示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第三实施例。

图4示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第四实施例。

图5示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第五实施例。

图6示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第六实施例。

图7示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第七实施例。

图8示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第八实施例。

图9示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第九实施例。

图10示意性地以图解方式描述根据本发明的用于测量透明管状物体的性质的设备的第十实施例。

图11a和11b示意性示出透明管状物体的扫描(特别是几个特定扫描位置)。

图12a和12b示意性示出透明管状物体的替代扫描(特别是几个特定扫描位置)。

图13针对管状物体的材料的两个折射率示出表示相对信号定时和相对的管内径之间的关系的曲线图。

附图标记列表

100a 设备

100b 设备

100c 设备

100d 设备

100e 设备

102 管状物体

104 纵向轴线

106 反射镜组件

108 箭头

110 驱动装置

112 反射平面

114 激光束发生器

116 激光束

118 反射镜

120 第一光检测器

122 第一输出信号

124 准直透镜

126 第一检测方向上的第一聚光透镜

126a 在第一检测方向和反射的第二检测方向上组合激光光的第一聚光透镜

127 反射的第二检测方向上的第二聚光透镜

128 与第一检测方向成直角的第二检测方向上的第二聚光透镜

128a 不与第一检测方向成直角的第二检测方向上的第二聚光透镜

130 第二光检测器

132 第二输出信号

134 处理***

136 反射镜

136a 反射镜

138 五棱镜

142 第一偏振器

144 第二偏振器

146 第三偏振器

147 激光束偏振器

148 波片、λ/2片

149 偏振分束器

150 第一检测方向

151 第一激光束方向

152 第二检测方向

153 第二激光束方向

A t＝τ(0)之前的激光束位置

B t＝τ(0)处的激光束位置

C t＝τ(x_D2)处的激光束位置

D t＝τ(x_d2)处的激光束位置

E t＝τ(2R_D)处的激光束位置

F t＝τ(2R_D)之后的激光束位置

G t＝τ(x_d1)处的激光束位置

M 存储器

P1 第一点

P2 第二点

P3 第三点

P4第四点

P5 第五点

α 检测角度

β 扫描角度

t 时间

v_s 扫描速度

n 折射率

R_d 内半径

R_D 外半径

具体实施方式

图1描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100a的第一实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D或外径2·R_D以及内半径R_d或内径2·R_d限定。管状物体102具有与图1的纸面成直角地延伸的纵向轴线104。这里注意，管状物体102并不构成用于测量管状物体102的性质的设备的一部分，并且在定义设备中的位置时对管状物体102的任何参考都将被视为管状物体102的设想位置。

设备100a包括框架结构，该框架结构在图1中未示出，使得不会遮挡在图1中示出的、在框架结构中支撑以可调整到要测量的不同管状物体的该设备的一些主要组件的配置。设备100a包括反射镜组件106，该反射镜组件106如箭头108所示可由驱动装置110转动。反射镜组件106包括多个(在所示实施例中：八个)反射平面112。设备100a还包括激光束发生器114，该激光束发生器114被配置为用于产生如虚线所示的激光束116。配置反射镜118以将激光束116反射到反射镜组件106。这里注意，可以省略反射镜118，并且激光束116也可直接指向反射镜组件106。被配置为产生扫描激光束的元件的组合也可被称为激光束扫描器。还设想了激光束扫描器的其它实施例。

在使反射镜组件106以预定的恒定转动速度转动时，沿着准直透镜124沿扫描路径在扫描方向上扫描被反射镜组件106的反射平面112中的任一反射平面所反射的激光束116，以生成在从准直透镜124到第一聚光透镜126的激光束位置A和F之间延伸的光带。扫描路径和扫描方向与管状物体102的纵向轴线成直角。扫描激光束沿与扫描方向成直角且与管状物体102的纵向轴线成直角的第一激光束方向指向物体。第一聚光透镜126使扫描光束聚焦在第一光检测器120上。

第一光检测器120被配置为测量沿与管状物体的纵向轴线和激光束的扫描方向这两者成直角的第一检测方向到达第一聚光透镜126的激光束的光强度，并且被配置为产生表示第一光检测器所测量到的光强度的第一输出信号122作为时间的函数。

管状物体102(将)配置在准直透镜124和第一聚光透镜126之间的光带中，其中管状物体102的纵向轴线104与源自准直透镜124的激光束方向成直角，并且管状物体102的纵向轴线104与激光束的扫描方向成直角。管状物体102可以由支撑结构(未示出)支撑或保持。支撑结构可适应或调整到不同大小的管状物体102。

从激光束位置A到激光束位置B的激光束未被管状物体102中断、折射、反射或透射，并且到达第一光检测器120。在激光束位置B处，激光束在管状物体102的外表面的第一点P1(参见图11a)处切向地穿过管状物体102的外表面。

同样，从激光束位置E到激光束位置F，激光束未被管状物体102中断、折射、反射或透射，并且到达第一光检测器120。在激光束位置E处，激光束在管状物体102的外表面中的与第一点径向相对的第二点P2(参见图11a)处切向地穿过管状物体102的外表面。

激光束位置B和激光束位置E之间的激光束被管状物体102中断、折射、反射和/或透射。中断是由将激光束引导到第一聚光透镜126的数值孔径外的反射引起的。折射在管状物体102的外表面和内表面发生。反射在管状物体102的外表面和内表面发生。与管状物体102的纵向轴线104交叉的激光束透过管状物体102。

激光束位置C处的激光束在第三点P3(参见图11a)处相对于管状物体102的外表面发生反射，并且沿与第一检测方向成直角(即，成90°的检测角度α)的第二检测方向源自管状物体102。

激光束位置D处的激光束在管状物体102的外表面发生折射，在第四点P4(参见图11a)处相对于管状物体102的内表面发生反射，并且在与第一检测方向成直角(即，成90°的检测角度α)的第二检测方向上在管状物体102的外表面再次发生折射。第二聚光透镜128使激光束位置C和D处的激光光聚焦在第二光检测器130上。

激光束位置G处的激光束在管状物体102的外表面发生折射，在第五点P5(参见图11a)处相对于管状物体102的内表面在管状物体102中发生反射，并且在第一检测方向上在管状物体102的外表面再次发生折射。第一聚光透镜126使激光束位置G处的激光光聚焦在第一光检测器120上。

第二光检测器130被配置为测量光强度，并且产生表示第二光检测器130所测量到的光强度的第二输出信号132作为时间的函数。

第一光检测器120和第二光检测器130一起作为检测器组件的一部分，该检测器组件还可以包括第一聚光透镜126和第二聚光透镜128、以及另外的光学器件(诸如一个或多个反射镜或棱镜等)。

将来自第一光检测器120的第一输出信号122和来自第二光检测器130的第二输出信号132输入至处理***134。

此外，如图所示，可以将表示转动反射镜组件106所产生的扫描激光束的扫描速度v_s的信号输入至处理***。在其它实施例中，转动反射镜组件106所产生的扫描速度v_s可以是预先确定的并且存储在处理***134的存储器M中。在另外的其它实施例中，反射镜组件106的转动速度可以是预先确定的并且存储在处理***134的存储器中，并且处理***134控制驱动装置110以使扫描激光束具有扫描速度v_s。

此外，可以将表示检测角度α的信号输入至处理***。在其它实施例中，检测角度α可以是预先确定的并且存储在处理***134的存储器M中。

此外，可以将表示构成管状物体102的材料的折射率n的信号输入至处理***。在其它实施例中，构成管状物体102的材料的折射率n可以是预先确定的并且存储在处理***134的存储器M中。在另外的其它实施例中，如以下所述，可以根据在第一输出信号122和第二输出信号132中表示的光强度来计算构成管状物体的材料的折射率n。

以下通过参考图11a来说明处理***134的操作。

图2描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100b的第二实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D和内半径R_d限定。在图2中，与图1中相同的附图标记表示具有相同或相似功能的相同组件。

根据图2的设备100b与根据图1的设备100a的不同之处在于：激光光的第二检测方向与第一检测方向不成直角，而是处于不同于90°(特别是在45°～135°之间(在图2中，约为105°))的检测角度α。在测量通常具有基本相同的外半径R_D和基本相同的内半径R_d的管状物体102的情况下，这种配置特别有用。然后，可以选择第一检测方向和第二检测方向之间的检测角度α，以对内半径R_d具有最佳灵敏度。因此，第二聚光透镜128a和第二光检测器130相对于管状物体102采取不同的位置。在设备100b的框架结构中，第二聚光透镜128a和第二光检测器130的位置可以是可调整的以调整检测角度α。

图3描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100c的第三实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D和内半径R_d限定。在图3中，与图1中相同的附图标记表示具有相同或相似功能的相同组件。

根据图3的设备100c与根据图1的设备100a的不同之处在于：源自管状物体102的在与第一检测方向成直角(即，检测角度α为90°)的第二检测方向上的激光光被反射镜136反射成处于第一检测方向。

这里注意，第二检测方向也可被选择成不与第一检测方向成直角，而是处于如图2所示的、具有相同的用途和优点的不同于90°(特别是在45°～135°之间)的检测角度α。在这种情况下，可以调适反射镜136的反射的位置和角度，使得激光光在反射镜136上发生反射之后平行于第一检测方向，或者处于另一有用或适当的方向以穿过适当定位的第二聚光透镜128从而到达适当定位的第二光检测器130。

图4描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100d的第四实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D和内半径R_d限定。在图4中，与图3中相同的附图标记表示具有相同或相似功能的相同组件。

根据图4的设备100d与根据图3的设备100c的不同之处在于：源自管状物体102的在与第一检测方向成直角(即，检测角度α为90°)的第二检测方向上的激光光被五棱镜138反射成处于第一检测方向。

这里注意，第二检测方向也可被选择成不与第一检测方向成直角，而是处于如图2所示的、具有相同的用途和优点的不同于90°(特别是在45°～135°之间)的检测角度α。尽管已知五棱镜传统上按90°反射，但在这种情况下，可以通过调适五棱镜138的反射面和折射面的取向来调适五棱镜138的反射的位置和角度，使得激光光在五棱镜138上发生反射之后平行于第一检测方向，或者处于另一有用或适当的方向以穿过适当定位的第二聚光透镜128从而到达适当定位的第二光检测器130。

图5描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100e的第五实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D和内半径R_d限定。在图5中，与图1中相同的附图标记表示具有相同或相似功能的相同组件。

根据图5的设备100e与根据图1的设备100a的不同之处在于：源自管状物体102的在与第一检测方向成直角(即，成90°的检测角度α)的第二检测方向上的激光光被反射镜136反射成处于第一检测方向，并且组合的第一聚光透镜126a使如反射镜136反射的第一检测方向和第二检测方向上的源自管状物体102的激光光聚焦在第一光检测器120上。

在设备100e中，可以省略第二光检测器130，并且第一光检测器120被配置为根据激光束位置A、B、C、D、E、F和G来检测激光光。将来自第一光检测器120的第一输出信号122输入至处理***134。

设备100e的检测器组件包括仅一个光检测器。

这里注意，第二检测方向也可被选择成不与第一检测方向成直角，而是处于如图2所示的、具有相同的用途和优点的不同于90°(特别是在45°～135°之间)的检测角度α。在这种情况下，可以调适反射镜136的反射的位置和角度或者反射镜136的反射的位置和角度可以是可调整的，使得激光光在反射镜136上发生反射之后平行于第一检测方向。

图6描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100f的第六实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D和内半径R_d限定。在图6中，与图5中相同的附图标记表示具有相同或相似功能的相同组件。

根据图6的设备100f与根据图5的设备100e的不同之处在于：源自管状物体102的在与第一检测方向成直角(即，检测角度α为90°)的第二检测方向上的激光光被五棱镜138反射成处于第一检测方向。

在设备100f中，可以省略第二光检测器130，并且第一光检测器120被配置为根据激光束位置A、B、C、D、E、F和G来检测激光光。将来自第一光检测器120的第一输出信号122输入至处理***134。

设备100f的检测器组件包括仅一个光检测器。

图7描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100g的第七实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D和内半径R_d限定。在图7中，与图5中相同的附图标记表示相同的组件、或者具有相同或相似功能的组件。

根据图7的设备100g与根据图5的设备100e的不同之处在于：源自准直透镜124的扫描激光束在扫描路径的第一部分中沿第一激光束方向指向管状物体102，并且在扫描路径的第二部分中经由反射镜136a沿与第一激光束方向成大于零的扫描角度β的第二激光束方向被重定向到该管状物体。在图7中，扫描路径的第一部分至少包括激光束B、G和E，而扫描路径的第二部分至少包括激光束C和D(还参见图12a)。在图7中，扫描角度β为90°。

源自管状物体102的在第一检测方向上的激光光由第一聚光透镜126a聚焦在第一光检测器120上。

在设备100g中，可以省略第二光检测器130，并且第一光检测器120被配置为根据如图12a所示的激光束位置A、B、C、D、E、F和G来检测激光光。将来自第一光检测器120的第一输出信号122输入至处理***134。

设备100g的检测器组件包括仅一个光检测器。

这里注意，扫描角度β也可被选择成不同于90°、特别是在45°～135°之间，但用途和优点相同。在这种情况下，可以调适反射镜136a的反射的位置和角度、或者反射镜136a的反射的位置和角度可以是可调整的，使得激光光在被管状物体102反射和折射之后平行于第一检测方向。

这里注意，代替反射镜136a或除反射镜136a外，设备100g还可以包括五棱镜。

图8描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100h的第八实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D和内半径R_d限定。在图8中，与图7中相同的附图标记表示相同的组件、或者具有相同或相似功能的组件。

根据图8的设备100h与根据图7的设备100g的相似之处在于：源自准直透镜124的扫描激光束在扫描路径的第一部分中沿第一激光束方向指向管状物体102，并且在扫描路径的第二部分中经由反射镜136a沿与第一激光束方向成大于零的扫描角度β的第二激光束方向被重定向到该管状物体。在图8的设备100h中，与图7的设备100g相同，如图12a所示，扫描路径的第一部分至少包括激光束B、G和E，而扫描路径的第二部分至少包括激光束C和D。然而，在图8的设备100h中，扫描角度β小于90°，诸如扫描角度β为45°等。

源自管状物体102的在第一检测方向上的激光光由第一聚光透镜126聚焦在第一光检测器120上。

源自管状物体102的按检测角度α在第二检测方向上的激光光由第二聚光透镜128聚焦在第二光检测器130上。在测量通常具有基本相同的外半径R_D和基本相同的内半径R_d的管状物体102的情况下，这种配置特别有用。可以选择检测角度和扫描角度的总和(α+β)(特别是在45°～135°之间)，以针对内半径R_d获得最佳灵敏度。因此，第二聚光透镜128和第二光检测器130相对于管状物体102采取适当调整的位置。

这里注意，代替反射镜136a或除反射镜136a外，设备100h还可以包括五棱镜。

图9描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100i的第九实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D和内半径R_d限定。在图9中，与图6中相同的附图标记表示具有相同或相似功能的相同组件。

根据图9的设备100i与根据图6的设备100f的不同之处在于以下方面。在包括激光束发生器114、可转动的反射镜组件106和准直透镜124的激光束扫描器与管状物体102的(设想位置)之间，在扫描激光束116的路径中配置激光束偏振器147。在管状物体102的(设想位置)和五棱镜138之间，源自管状物体102的在第一检测方向上的激光光的路径中配置诸如λ/2片等的波片148。在第一聚光透镜126a和第一光检测器120之间，在源自第一聚光透镜126a的激光光的路径中配置偏振分束器149。

这里注意，代替五棱镜138或除五棱镜138外，设备100i还可以包括反射镜136。

激光束偏振器147和波片148具有如下的作用：源自管状物体102的在第一检测方向上的第一激光光的偏振不同于源自管状物体102的在第二检测方向上的第二激光光的偏振。在偏振分束器149中，第一激光光与第二激光光分离，并且指向第一光检测器120。第二激光光与第一激光光分离，并且指向第二光检测器130。

图10描述用于测量透明管状物体102或管的性质(诸如内半径或折射率等)的设备100j的第十实施例，该透明管状物体102或管的尺寸由外半径R_D和内半径R_d限定。在图10中，与图1～9中相同的附图标记表示具有相同或相似功能的相同组件。

根据图10的设备100j与根据图1的设备100a的不同之处在于以下方面。在包括激光束发生器114、可转动的反射镜组件106和准直透镜124的激光束扫描器与管状物体102的(设想位置)之间，在扫描激光束116的路径中配置具有45°偏振方向的第一偏振器142。在管状物体102的(设想位置)和第一聚光透镜126之间，源自管状物体102的在第一检测方向上的激光光的路径中配置具有(-45+δ)°(其中|δ|>0)偏振方向的第二偏振器144。在管状物体102的(设想位置)和第二聚光透镜128之间，源自管状物体102的在第二检测方向上的激光光的路径中配置具有(45+ε)°(其中|ε|>0)偏振方向的第三偏振器146。

由于激光束的反射和折射是依赖偏振的，因此可以在激光束处以及/或者在第一光检测器120和第二光检测器130处使用偏振器来优化相互的信号强度。

第一偏振器142配置在穿过准直透镜124之后的激光束中。第一偏振器142的偏振方向相对于管状物体102的纵向轴线104为45°。第二偏振器144配置在相对于管状物体102的纵向轴线104具有-45°+δ的偏振方向的聚光透镜126、126a之前。在角度恰好为-45°、即δ＝0的情况下，管状物体外部的激光光将基本上消失、即将不会到达第一光检测器120。然而，穿过管的激光光将主要是p偏振的并且穿过第二偏振器144。通过使第二偏振器144转动角度δ，可以使管外部的完全透射激光束的强度和透到管内部的激光光的强度均衡。对于第二检测方向上的激光光，可以将第三偏振器146置于标称45°的偏振方向。通过使该角度改变角度ε，可以使直接反射光束(激光束C)的光强度和在管状物体102的内半径处发生反射的激光光(激光束D)的光强度均衡。

注意，设备100b(图2)、设备100c(图3)、设备100d(图4)、设备100e(图5)、设备100f(图6)、设备100g(图7)、设备100h(图8)的实施例和其它实施例各自也可以配备有第一偏振器142、第二偏振器144和第三偏振器146。在设备100b的实施例中，第三偏振器146可以配置在管状物体102(的设想位置)和第二聚光透镜128a之间的、源自管状物体102的在第二检测方向上的激光光的路径中。在设备100c和设备100e的实施例中，第三偏振器146可以配置在管状物体102(的设想位置)和反射镜136之间的、源自管状物体102的在第二检测方向上的激光光的路径中。在设备100d和设备100f的实施例中，第三偏振器146可以配置在管状物体102(的设想位置)和五棱镜138之间的、源自管状物体102的在第二检测方向上的激光光的路径中。在设备100g和设备100h的实施例中，第三偏振器146可以配置在反射镜136a和管状物体102(的设想位置)之间的源自反射镜136a的激光光的路径中。在设备100h的实施例中，第三偏振器146可以可选地配置在管状物体102(的设想位置)和第二聚光透镜128之间的源自管状物体102的激光光的路径中。

在图1～10所示的实施例中，通过激光束发生器114(经由反射镜118或直接地)与转动反射镜组件106和准直透镜124相互作用来生成扫描激光束。然而，也可以应用产生扫描激光束的其它装置。因而，激光束发生器114、转动反射镜组件106和准直透镜124的组合对于本发明而言并非必不可少。

图11a示出通过激光束按恒定速度v_s在与管状物体102的纵向轴线104成直角且与激光束方向成直角的扫描方向上沿着扫描路径移动所进行的管状物体102的扫描。为了说明清楚，管状物体102被示出具有大的厚度，然而实际上，管状物体102的外半径R_D和内半径R_d之间的差可能非常小。

利用第一光检测器120并且(根据如前面所述的特定实施例)也可能利用第二光检测器130，根据设备100a、100b、100c、100d、100e、100f、100i或100j或者这些设备的使用相同原理的变形，测量激光光的强度。图11b示出如由第一光检测器120并且也可能由第二光检测器130在不同时间t处所检测到的激光光的强度I。这里注意，激光强度I的指示应被分别理解为高和低，其中该指示不意图示出绝对值并且强度转变在时间上可能是更渐进的。

发生(在存在的情况下)会影响光检测器120和光检测器130的输出信号的以下事件：

1.在激光束位置B，第一激光束方向上的激光束照射管状物体102的外边缘。这里，激光束在第一时间τ(0)在管状物体102的第一点P1处与管状物体102的外表面相切，该时间可在如箭头150所示的被指向平行于原始的激光束方向的第一检测方向上的激光光的强度中检测。

2.在激光束位置C，激光束在第三时间τ(x_D2)在管状物体102的第三点P3处在管状物体102的外表面发生反射，该时间可在如箭头152所示的与第一检测方向成90°的检测角度α(如图9所示)或者与第一检测方向成在45°～135°之间的检测角度α的第二检测方向上的激光光的强度中检测。

3.在激光束位置D，在第四时间τ(x_d2)，激光束在管状物体102的外表面发生折射，在管状物体102的第四点P4处在管状物体102的内表面发生反射，并且在管状物体102的外表面再次发生折射，该时间可在第二检测方向上的激光光的强度中检测。

4.在激光束位置E，激光束照射管状物体102的外边缘。这里，激光束在第二时间τ(2R_D)在管状物体102的第二点P2处与管状物体102的外表面相切，该时间可在第一检测方向上的激光光的强度中检测。

5.在激光束位置G，在第五时间τ(x_d1)，激光束在管状物体102的外表面发生折射，在管状物体102的第五点P5处在管状物体102的内表面发生反射，并且在管状物体102的外表面再次发生折射，该时间可在第一检测方向上的激光光的强度中检测。

图12a示出通过激光束按恒定速度v_s在与管状物体102的纵向轴线104成直角且与激光束方向成直角的扫描方向上沿着扫描路径移动所进行的管状物体102的扫描。为了说明清楚，管状物体102被示出具有大的厚度，然而实际上，管状物体102的外半径R_D和内半径R_d之间的差可能非常小。

利用第一光检测器120并且(根据如前面所述的特定实施例)也可能利用第二光检测器130，通过设备100g或100h或者这些设备的使用相同原理的变形，测量激光光的强度。图12b示出如由第一光检测器120并且也可能由第二光检测器130在不同时间t处所检测到的激光光的强度I。这里注意，激光光强度I的指示应被分别理解为高和低，其中该指示不意图示出绝对值并且强度转变在时间上可能是更渐进的。

1.在激光束位置B，第一激光束方向151上的激光束照射管状物体102的外边缘。这里，激光束在第一时间τ(0)在管状物体102的第一点P1处与管状物体102的外表面相切，该时间可在如箭头150所示的被指向平行于原始的激光束方向的第一检测方向上的激光光的强度中检测。

2.在激光束位置G，在第五时间τ(x_d1)，激光束在管状物体102的外表面发生折射，在管状物体102的内表面在管状物体102的第五点P5处发生反射，并且在管状物体102的外表面再次发生折射，该时间可在如箭头150所示的第一检测方向上的激光光的强度中检测。

3.在激光束位置E，激光束照射管状物体102的外边缘。这里，激光束在第二时间τ(2R_D)在管状物体102的第二点P2处与管状物体102的外表面相切，该时间可在如箭头150所示的第一检测方向上的激光光的强度中检测。

4.在激光束位置C，在第三时间τ(x_D2)，激光束被反射镜136反射到管状物体102以指向与第一激光束方向成扫描角度β(在图12a中：90°)的第二激光束方向153，并且在管状物体102的第三点P3处在管状物体102的外表面发生反射，该时间可在如箭头150所示的、检测角度α为0°(如图7所示)或者检测角度α使得总和(α+β)在45°～135°之间(如图8所示)的第一检测方向上的激光光的强度中检测。

5.在激光束位置D，在第四时间τ(x_d2)，激光束在管状物体102的外表面发生折射，在管状物体102的第四点P4处在管状物体102的内表面发生反射，并且在管状物体102的外表面再次发生折射，该时间可在激光光的强度中检测。

在图11b中，可以看出，时间τ(x_d1)在τ(x_D2)和τ(x_d2)之间或者至少接近τ(x_D2)和τ(x_d2)，这在测量具有一定尺寸的管状物体102时，可能导致难以检测任何关联的光强度τ(x_D2)、τ(x_d1)或τ(x_d2)，因为光强度的峰可能在时间上彼此紧密地跟随。在图12b中，可以看出，这种难度降低，因为时间τ(x_D2)和τ(x_d2)已在时间上与时间τ(x_d1)分离，由此这三个时间各自是明确可检测的。

通过以下，管的外径D与扫描速度v_s相关：

D＝2R_D＝v_s·(τ(2R_D)-τ(0))。

假定该扫描速度v_s恒定。举例来说，扫描速度v_s可以通过根据具有已知(校准)直径的参考圆筒状物体102测量第一时间τ(0)和第二时间τ(2R_D)以校准设备100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i和100j来确定。

通过使用在Jablonski等人的参考文献中形成的理论、并且校正该文献中出现的误差，设备100a、100b、100c、100d、100e、100f、100i或100j或者相似设备中的处理***134可以基于第一时间、第二时间、第三时间和第四时间的确定以及以下的等式来计算管的内半径R_d：

其中：

以及

在后者关系中，x_d2表示如在第二检测方向上检测到的激光束位置D，其中相对于作为零位置的激光束位置B来测量激光束位置D。

使用在Jablonski等人的参考文献中形成的理论、并且校正该文献中出现的误差，设备100g或100h中的处理***134可以基于第一时间、第二时间、第三时间和第四时间的确定以及以下的等式来计算管的内半径R_d：

其中：

以及

在后者关系中，x_d2表示如在第一检测方向或第二检测方向上检测到的激光束位置D，其中相对于作为零位置的激光束位置B来测量激光束位置D。

图13针对两个折射率给出相对信号定时和相对的管内径之间的关系。该关系在大多数区域中保持相当线性，对于更薄的管也是如此。这意味着也可以在存在合理的不确定性的情况下以这种方式测量薄管。

在第一激光束方向、第一检测方向和第二检测方向上可测量管内表面的情况下，可以基于测量第五时间τ(x_d1)来从等式中消除折射率n，并且在设备100a、100b、100c、100d、100e、100f、100i或100j或者相似设备中，可以在无需n的先验知识的情况下，基于测量第一时间、第二时间、第三时间、第四时间和第五时间以及以下的等式来获得R_d的绝对测量值：

其中：

以及

作为附加结果，如图1～6、9和10所示，处理***134可以基于以下的等式产生折射率n：

或等式

在第一激光束方向、第二激光束方向、第一检测方向上以及第二检测方向上可测量管内表面的情况下，可以基于测量第五时间τ(x_d1)来从等式中消除折射率n，并且在设备100g或100h或者相似设备中，可以在无需n的先验知识的情况下，基于测量第一时间、第二时间、第三时间、第四时间和第五时间以及以下的等式来获得R_d的绝对测量值：

其中：

以及

作为附加结果，如图7和8所示，处理***134可以基于以下的等式产生折射率n：

或等式

因而，本发明还涉及一种用于测量具有纵向轴线的透明管状物体的性质的方法，所述方法包括：

根据在所述第一检测方向上检测到的激光光的强度来确定第一时间τ(0)和第二时间τ(2R_D)，τ(0)表示该激光束在所述物体的第一点处与所述物体的外表面相切，以及τ(2R_D)表示该激光束在所述物体中的与所述第一点径向相对的第二点处与所述物体的外表面相切；

根据在所述第二检测方向上检测到的激光光的强度来确定第三时间τ(x_D2)和第四时间τ(x_d2)，τ(x_D2)表示该激光束在所述物体的第三点处在所述物体的外表面发生反射，以及τ(x_d2)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第四点处发生反射；

根据在所述第一检测方向上检测到的激光光的强度来确定第五时间τ(x_d1)，τ(x_d1)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第五点处发生反射；以及

基于ν_s、α、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)、τ(x_d2)和τ(x_d1)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差、以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

此外，本发明还涉及一种用于测量具有纵向轴线的透明管状物体的性质的方法，所述方法包括：

沿与所述物体的纵向轴线成直角的扫描路径按恒定的扫描速度ν_s在扫描方向上扫描激光束，其中所述激光束与所述物体的纵向轴线成直角地指向，其中扫描的激光束在所述扫描路径的第一部分中沿与所述扫描方向成直角的第一激光束方向指向所述物体，并且在所述扫描路径的第二部分中经由反射器沿与所述第一激光束方向成大于零的扫描角度β的第二激光束方向被重定向到所述物体；

基于ν_s、α、β、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)、τ(x_d2)和τ(x_d1)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差、以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

此外，本发明还涉及一种用于测量具有纵向轴线的透明管状物体的性质的设备，所述设备包括：

处理***，其被配置用于：

-根据在所述第一检测方向上检测到的激光光的强度来确定第一时间τ(0)和第二时间τ(2R_D)，τ(0)表示该激光束在所述物体的第一点处与所述物体的外表面相切，以及τ(2R_D)表示该激光束在所述物体中的与所述第一点径向相对的第二点处与所述物体的外表面相切；

-根据在所述第二检测方向上检测到的激光光的强度来确定第三时间τ(x_D2)和第四时间τ(x_d2)，τ(x_D2)表示该激光束在所述物体的第三点处在所述物体的外表面发生反射，以及τ(x_d2)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第四点处发生反射；

-根据在所述第一检测方向上检测到的激光光的强度来确定第五时间τ(x_d1)，τ(x_d1)表示该激光束在所述物体的外表面发生折射并且在所述物体的内表面在所述物体的第五点处发生反射；以及

-基于ν_s、α、τ(0)、τ(2R_D)、τ(x_D2)、τ(x_d2)和τ(x_d1)来计算所述物体的内半径R_d，其中计算R_d包括：计算τ(2R_D)和τ(0)之间的差、以及τ(x_d2)和τ(x_D2)之间的差。

激光束扫描器，其被配置用于沿与所述物体的纵向轴线成直角的扫描路径按恒定的扫描速度ν_s在扫描方向上扫描激光束，其中所述激光束与所述物体的纵向轴线成直角地指向，其中扫描的激光束在所述扫描路径的第一部分中沿与所述扫描方向成直角的第一激光束方向指向所述物体，并且在所述扫描路径的第二部分中经由反射器沿与所述第一激光束方向成大于零的扫描角度β的第二激光束方向被重定向到所述物体；

处理***，其被配置用于：

本发明的实施例可以包括根据以下的条款1～11的方法。

1.一种用于测量具有折射率n和纵向轴线的透明管状物体的性质的方法，所述方法包括：

2.一种用于测量具有折射率n和纵向轴线的透明管状物体的性质的方法，所述方法包括：

3.一种用于测量具有纵向轴线的透明管状物体的性质的方法，所述方法包括：

4.一种用于测量具有纵向轴线的透明管状物体的性质的方法，所述方法包括：

5.根据条款1所述的方法，其中，基于以下的等式来计算R_d：

其中：

以及

6.根据条款2所述的方法，其中，基于以下的等式来计算R_d：

其中：

以及

7.根据条款3所述的方法，其中，基于以下的等式来计算R_d：

其中：

以及

8.根据条款4所述的方法，其中，基于以下的等式来计算R_d：

其中：

以及

9.根据条款1、3、5、7中任一项所述的方法，其中，α在45°和135°之间、特别是90°。

10.根据条款2、4、6、8、9中任一项所述的方法，其中，α+β在45°和135°之间、特别是90°。

11.根据条款1至8中任一项所述的方法，还包括：

使扫描的激光束在45°偏振方向上偏振；

使源自所述物体的所述第一检测方向上的激光光在(-45+δ)°偏振方向上偏振，其中|δ|>0；以及/或者

使源自所述物体的所述第二检测方向上的激光光在(45+ε)°偏振方向上偏振，其中|ε|>0。

如以上详细所述，在用于测量透明管状物体的性质的方法和设备中，激光束扫描物体，并且在平行于激光束方向的第一检测方向上、或者在第一检测方向和与第一检测方向成角度(特别是成90°)的第二检测方向上检测源自物体的激光光。可以根据折射率、扫描速度、在第一检测方向和第二检测方向上检测到的外径、以及从物体的外表面反射的激光光与折射到物体中并在物体的内表面发生反射的激光光之间的时间差，来计算物体的内半径。如果在第一检测方向上检测到折射到物体中并在物体的内表面发生反射的激光光的时间是已知的，则不需要折射率。

根据需要，本文中公开了本发明的详细实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种形式体现。此外，本文中使用的术语和短语并不意图是限制性的，而是为了提供对本发明的可理解的描述。

如本文中使用的术语“a”/“an”被定义为一个或多于一个。如本文中使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。如本文中使用的术语“另一个”被定义为至少第二个以上。如本文中使用的术语包括和/或具有被定义为包含(即，开放式语言，而不排除其它元件或步骤)。权利要求书中的任何参考符号不应被解释为限制权利要求书或本发明的范围。

在相互不同的从属权利要求中陈述某些测量的仅有事实并不表明无法有利地使用这些测量的组合。

如本文中使用的术语联接(coupled)被定义为连接，但未必是直接连接，并且未必是机械连接。

处理器***可以包括一个或多个处理器以实现权利要求书中所记载的多个项的功能。为此，提供了一种计算机程序或计算机软件，该计算机程序或计算机软件包括可加载在一个或多个处理器中的计算机指令，以使一个或多个处理器实现这些功能。

计算机程序可以存储和/或分布在合适的介质(诸如光学存储介质或者连同其它硬件一起或作为其它硬件的一部分提供的固态介质)上，但也可以以其它形式(诸如经由因特网或者其它有线或无线电信***等)分发。