CN205027315U - 一种玻璃厚度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种玻璃厚度检测装置，其包括：壳体，具有能够与被测玻璃表面接触的底面部，所述底面部为平面形状且可透过光线；两个光源，相对置地隔着规定间距设置在所述壳体的内部，可发出射向所述底面部的检测用光；光电检测部，由多个光检测单元排列构成，设置在所述壳体的内部，可接收来自所述被测玻璃的反射光；玻璃厚度计算部，根据由所述光电检测部输出的检测信息，计算所述被测玻璃的厚度参数。根据该结构，提高了测量玻璃厚度时的精度，尤其是提高了有楔角玻璃的厚度测量精度。

Description

一种玻璃厚度检测装置

技术领域

本实用新型涉及光学测量技术领域，更为具体地，涉及一种玻璃厚度检测装置及方法。

背景技术

目前，主要采用光学测量的方法测量玻璃的厚度，光学测量方法不仅精度高，而且能够实现非接触测量。现有的用于测量玻璃厚度的光学测量方法中主要是利用光的折射和反射的原理，用一束光斜射在被测玻璃上，经过玻璃折射后的光束被光电二极管传感器接收，由计算机或单片机进行运算得到玻璃厚度值。例如申请号为CN200920201105的专利公开了一种玻璃厚度测量仪，申请号为CN201010528877的专利公开了一种中空玻璃厚度和铝框宽度检测装置，申请号为CN201220327620.2的专利公开了一种数码玻璃厚度仪、申请号为CN201310695005的专利公开了一种非相干成像玻璃测厚方法。

在实际生产中，如图1所示，浮法玻璃常常会出现楔角，导致同一块玻璃的厚度不均匀，即玻璃的两个表面不平行。另外，中空玻璃或者三玻两腔中空玻璃在制作过程中，中空腔也很容易出现楔角。

图2是表示使用现有的厚度测量装置测量玻璃厚度时的光路原理图，在此，假设被测玻璃的上下表面是相互平行的，不存在楔角。如图2所示，现有的玻璃厚度检测装置包括一个光源201和光电检测部件202，由光源201发出的检测用光在被检测玻璃203的上表面及下表面反射后，入射到光电检测部件202的各光检测单元。设玻璃的折射率为n、检测用光的入射角为i，检测用光经被检测玻璃上表面反射的光出射的位置与经被测玻璃下表面反射的光出射的位置之间的距离为Δ，光电检测部件接受到的两反射光斑间距为Δ′。由图中几何关系可知，被测玻璃的厚度G可以用以下公式1表示。

[公式1]

$G=\frac{\mathrm{\Δ}}{2tan\[\arcsin \left(\frac{\sin i}{n}\right)\]}$

由光学原理可知，当被测玻璃的上下表面相互平行时，两条反射光路也互相平行，Δ′＝Δ。此时，被测玻璃的厚度G可以用以下公式2表示。

[公式2]

$G=\frac{{\mathrm{\Δ}}^{\′}}{2tan\[\arcsin \left(\frac{\sin i}{n}\right)\]}$

图3是表示使用现有的厚度测量装置测量厚度方向存在楔角的玻璃的厚度时的示意图。图3所示，由于玻璃的上、下表面间存在楔角，导致经玻璃上表面与下表面反射的光路不平行，光电检测部件接受到的反射光斑间距Δ′小于反射光从玻璃出射的位置Δ，从而使测得的玻璃厚度值偏小。

此外，申请号为CN200910054824.6的专利公开了一种玻璃厚度的检测设备和检测方法。虽然该方法尽管采用两个激光器进行测量，但是其测量原理基于光的折射。该专利中提供的设备和检测方法中，激光器和CCD探测器分别在待测玻璃的两侧，难以准确控制激光器和CCD探测器之间以及二者与待测玻璃之间的相对位置，可能会造成CCD探测器与待测玻璃表面不平行，从而影响测量准确度。并且，由于这种方法需要将玻璃置于检测装置中，因此，限制了该检测装置的使用范围。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种玻璃厚度检测装置和玻璃厚度检测方法以提高玻璃测量的精度，并且简化测量步骤。

根据本实用新型的一个方面提供了一种玻璃厚度检测装置，其包括：壳体，具有能够与被测玻璃表面接触的底面部，所述底面部为平面形状且可透过光线；两个光源，相对置地隔着规定间距设置在所述壳体的内部，可发出射向所述底面部的检测用光；光电检测部，由多个光检测单元排列构成，设置在所述壳体的内部，可接收来自所述被测玻璃的反射光；玻璃厚度计算部，根据由所述光电检测部输出的检测信息，计算所述被测玻璃的厚度参数。

此外，优选地，在所述壳体的底面部设有狭缝。

另外，优选地，在所述光电检测部的光入射侧设置有滤光片，用于滤除杂散光。

再者，优选地，所述玻璃厚度计算部根据所述两个光源分别发出的所述检测用光照射到所述被测玻璃后反射至所述光电检测部而得到的检测信息，分别计算被测玻璃的厚度参数，并将该两个厚度参数的平均值作为最终的玻璃的厚度参数。

此外，优选地，所述光电检测部与所述壳体的底面部平行设置。

另外，优选地，所述光电检测部包括两个光电检测器件，所述两个光电检测器件的光入射面朝着相反方向，并且，所述两个光电检测器件与所述壳体的底面部垂直设置。

根据如上所述的实用新型，能够有效减小玻璃楔角对厚度测量结果造成的误差，从而提高测量玻璃厚度时的准确度。

附图说明

通过参考以下具体实施方式及权利要求书的内容并且结合附图，本实用新型的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：

图1是有楔角的玻璃的示意图；

图2是表示现有的厚度测量装置测量表面平行的玻璃的厚度时的示意图；

图3是表示现有的厚度测量装置测量表面带楔角的玻璃的厚度时的示意图；

图4是表示本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置的结构示意图；

图5是表示使用本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置测量有楔角玻璃的厚度时的光路示意图；

图6是说明使用本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置测量带楔角玻璃的测量实例的示意图；

图7是使用本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置测量三玻两腔中空玻璃的示意图；

图8是表示测量三玻两腔中空玻璃时的第一光源射出的检测用光的光路的示意图；

图9是本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置的另一实施例的结构示意图；

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

下面将参照附图来对根据本实用新型的各个实施例进行详细描述。

图4是表示本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置的结构示意图。如图4所示，本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置包括：壳体400，用于***述玻璃厚度检查装置的各构成部件，具有能够与被测玻璃表面接触的底面部405，该底面部405为平面形状且可透过光线；第一光源401和第二光源402，相对置地隔着规定间距设置在所述壳体400的内部，可发出射向所述底面部的检测用光；光电检测部403，由多个光检测单元排列构成，设置在所述壳体的内部，可接收来自所述被测玻璃的反射光；以及未图示的玻璃厚度计算部，根据由所述光电检测部输出的检测信息，计算所述被测玻璃的厚度参数。在此，所述光电检测部403例如可以使用光电二极管线阵传感器，也可以使用面阵CCD器件。

所述第一光源401和第二光源402可以是激光光源，优选窄带激光器。由于激光光源的方向性，单色性好，因此可以确保测量的准确性。但本实用新型不限于此，也可采用配合准直***的非相干光源。

此外，在所述外壳400上还可以设置显示装置，用于显示玻璃厚度参数等各种信息。

另外，在壳体101的底面部405还可以设置狭缝，由所述第一光源401和第二光源402发出的光通过该狭缝后出射到被测玻璃，经过被测玻璃反射的反射光也通过该狭缝后入射到光电检测部403。

此外，该玻璃厚度检测装置还可以包括窗口片，该窗口片用于覆盖该狭缝。优选地，在窗口片上可以镀膜，用于过滤由于多次折射和反射引起的杂散光及环境光，以提高测量精度。此外，窗口片还可以与壳体400一起形成封闭的空间，从而可以防止灰尘、水气等进入玻璃厚度检测装置内部，以保护第一光源401、第二光源402、光电检测部403等。

另外，该玻璃厚度检测装置还可以包括滤光片，该滤光片设置在检测用光的光路中的任一处位置，用于过滤除检测用光(包含反射光)以外的杂散光。例如，滤光片可以是带通滤光片，其允许特定波长的光通过，滤除其他波长的光，，也可以是灰度片，降低光电检测部的接收光的强度，滤出强度较低的杂散光。

在该玻璃厚度检测装置中，由第一光源401和第二光源402发出射向底面部的检测用光，这两路检测用光分别通过底面部405的狭缝射向被测玻璃406。所述检测用光的一部分在被检测玻璃406的上表面反射后，经由底面部405的狭缝入射到所述光电检测部403，其余部分在被测玻璃的上表面折射进入被测玻璃内部，之后一部分检测用光在被测玻璃406的下表面反射后经由被测玻璃406的上表面和底面部405再入射到所述光电检测部403。这样，由第一光源401射出的检测用光分别在被测玻璃406的上表面和下表面反射的两路反射光L1、L2，以及由第二光源402射出的检测用光分别在被测玻璃406的上表面和下表面反射的两路反射光L3、L4，共计四路反射光入射到光电检测部403的不同光检测单元中。

所述光电检测部403根据其光检测单元的光检测结果，向玻璃厚度计算部输出表示反射光L1与L2之间距离、以及反射光L3与L4之间距离的检测信息。所述玻璃厚度计算部根据所述光电检测部403的输出信号，可以计算所述被测玻璃的厚度参数。

图5是表示使用本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置测量有楔角玻璃的厚度时的光路示意图。在这种情况下，分别使用第一光源和第二光源测量时与图3所示的玻璃有楔角的情况下的测量一样，会出现由楔角θ引起的测量误差。具体地，如图5所示，在左侧的光路，根据几何关系，Δ₁'＝Δ₁-H×(tani₁-tani₁')，其中，i₁是左侧光路发出的光的入射角(由反射定理可知，经过被测玻璃的上表面反射后的反射角也为i₁)，i₁'是左侧光源发出的光经过被测玻璃的下表面反射后在被测玻璃的上表面发生折射时的折射角，Δ₁是左侧入射光在被测玻璃的上表面反射的反射位置与经过被测玻璃下表面反射后从被测玻璃的上表面出射的出射位置之间的距离，Δ₁'为左侧入射光经过被测玻璃的上表面和下表面反射后到达光电检测部的距离。显然，Δ₁'＜Δ₁。

利用上述的公式1可知，左侧光路测得的玻璃厚度G₁为：

$G_1=\frac{{{\mathrm{\Δ}}_1}^{\′}}{2tan\[arcsi\left(\frac{{\mathrm{sini}}_1}{n}\right)\]}.$

其中，n为被测玻璃的折射率。因此，左侧光路测得的厚度G₁小于玻璃的实际厚度。

进一步，根据如图5所示的右侧光路，根据几何关系，可以得到Δ₂'＝Δ₂+H×(tani₂'-tani₂)，其中，i₂是左侧光路发出的光的入射角(由反射定理可知，经过被测玻璃的上表面反射后的反射角也为i₂)，i₂'是左侧光源发出的光经过被测玻璃的下表面反射后在被测玻璃的上表面发生折射时的折射角，Δ₂是左侧入射光在被测玻璃的上表面反射的反射位置与经过被测玻璃下表面反射后从被测玻璃的上表面出射的出射位置之间的距离，Δ₂'为左侧入射光经过被测玻璃的上表面和下表面反射后到达光电检测部的距离。

利用上述公式1可知，在右侧光路测得的玻璃厚度G₂为：

$G_2=\frac{{{\mathrm{\Δ}}_2}^{\′}}{2tan\[\arcsin \left(\frac{{\mathrm{sini}}_2}{n}\right)\]}.$

由此可知，在右侧光路测得的厚度G₂大于玻璃的实际厚度。

根据本实用新型，将被测玻璃的厚度G设定为：也就是说本实用新型根据以下公式2计算被测玻璃的厚度。

[公式2]

$G=\frac{1}{2}\{\frac{{{\mathrm{\Δ}}_1}^{\′}}{2tan\[\arcsin \left(\frac{{\mathrm{sini}}_1}{n}\right)\]}+\frac{{{\mathrm{\Δ}}_2}^{\′}}{2tan\[\arcsin \left(\frac{{\mathrm{sini}}_2}{n}\right)\]}\}.$

由于玻璃的楔角θ通常很小，在左侧光路测得的玻璃厚度的偏差量(偏小)和在右侧光路测得的玻璃厚度的偏差量(偏大)均很小，并且很相近。因此，通过将在左侧光路和右侧光路测得的玻璃厚度的平均值作为被测位置处的最终玻璃厚度，有效地提高了玻璃厚度的测量精度。特别地，当第一光源501发出的检测用光的入射角i1和第二光源502发出的检测用光的入射角i2相同时，由于楔角θ很小，可以近似认为i₁'＝i₂'。在这种情况下，由以上数学式可以容易得到，Δ₁'+Δ₂'≈Δ₁+Δ₂。因此，

$G=\frac{1}{2}\{\frac{{{\mathrm{\Δ}}_1}^{\′}}{2tan\[\arcsin \left(\frac{{\mathrm{sini}}_1}{n}\right)\]}+\frac{{{\mathrm{\Δ}}_2}^{\′}}{2tan\[\arcsin \left(\frac{{\mathrm{sini}}_2}{n}\right)\]}\}\≈\frac{{\mathrm{\Δ}}_1}{2tan\[\arcsin \left(\frac{{\mathrm{sini}}_1}{n}\right)\]}.$

为了说明根据本实用新型的玻璃厚度检测装置的测量效果，以下将提供一个测量实例。图6是说明使用本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置测量带楔角玻璃的测量实例的示意图。如图6所示，当使用本实用新型的玻璃厚度检测装置测量被测玻璃的某一点的厚度时，由两个检测用光测得的两检测点端厚度分别为G₁＝6.012mm和G₂＝5.983mm，因此，该位置的最终厚度检测值G为：

$G=\frac{G_1+G_2}{2}=5.9975mm.$

然后，使用标准的玻璃厚度检测仪器测量得到的该处玻璃厚度为G₀＝6mm，G₁及G₂与G₀的差值分别为：

δ₁＝G₁-G₀＝6.012mm-6mm＝0.012mm

δ₂＝G₂-G₀＝5.983mm-6mm＝0.017mm

而根据本实用新型的玻璃厚度检测装置得到的最终厚度测量值为： $G=\frac{G_1+G_2}{2}=5.9975mm.$

被测玻璃的厚度最终检测值G与实际厚度G₀的差值为：

δ＝G-G₀＝-0.0025mm

从上面的计算结果显然可以看出，δ与δ₁、δ₂相比小了一个数量级。因此，本实用新型的玻璃厚度检测装置由于使用了两个光路测量玻璃厚度，可以显著减小测量误差，可以大幅提高测量精度。

同理，本实用新型的玻璃厚度检测装置测量中空腔有楔角的中空玻璃或三玻两腔中空玻璃，也能减小楔角对中空腔厚度测量的影响，提高测量精度。

本实用新型的玻璃厚度检测装置可以测量三玻两腔中空玻璃的厚度。

图7是使用本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置测量三玻两腔中空玻璃的示意图。如图7所示，此时，第一光源103和第二光源104发出的检测用光，分别产生入射到光电检测部106的6路反射光。光电检测部106和未图示的玻璃厚度计算部可以根据所述6路反射光，计算出三玻两腔中空玻璃的三层玻璃和两层空腔的各厚度。然后，将基于第一光源103的各厚度检测值和基于第二光源104的各厚度检测值分别取平均值作为三玻两腔中空玻璃的各个厚度的测量结果。

图8是表示测量三玻两腔中空玻璃时的第一光源射出的检测用光的光路的示意图。设第一光源801发出的检测用光相对于被测玻璃上表面的入射角为i，被测玻璃的折射率为n，光电检测部803的光检测单元距离被测玻璃上表面的高度为H，所述光电检测部803的各光检测单元间的中心距离为α。

根据几何光学知识，该三玻两腔中空玻璃中的第一层玻璃810的厚度值G₁、第二层玻璃812的厚度值G₂、第三层玻璃8014的厚度值G₃分别为：

$G_1=\frac{(P_2-P_1)\×\mathrm{\α}}{2\×tan\[arcsin\left(\frac{\sin i}{n}\right)\]}$

$G_2=\frac{(P_4-P_3)\×\mathrm{\α}}{2\×tan\[arcsin\left(\frac{\sin i}{n}\right)\]}$

$G_3=\frac{(P_6-P_5)\×\mathrm{\α}}{2\×tan\[arcsin\left(\frac{\sin i}{n}\right)\]}$

其中，P₁、P₂分别为第一层玻璃的上表面和下表面反射的光线到达光电检测部803的光检测单元序号。P₃、P₄分别为第二层玻璃的上表面和下表面反射的光线到达光电检测部803的光检测单元序号。P₅、P₆分别为第三层玻璃的上表面和下表面反射的光线到达光电检测部803的光检测单元序号。由光检测单元之间的序号差与光检测单元的中心距离α的乘积可以计算出两路光到达光检测部803时的距离(例如，(P₂-P₁)×α为第一层玻璃的上表面与上表面反射的两路光到达光电检测部803时的距离)。同样地，三玻两腔中空玻璃中的第一空气层811的厚度A₁和第二空气层813的厚度A₂分别为：

$A_1=\frac{(P_3-P_2)\×\mathrm{\α}}{2\×\tan i}$

$A_2=\frac{(P_5-P_4)\×\mathrm{\α}}{2\×\tan i}$

利用第二光源发出的检测用光的反射光计算三玻两腔中空玻璃的各厚度值的计算方法也基本相同，在此省略对其详细描述。

图9是本实用新型涉及的玻璃厚度检测装置的另一实施例的结构示意图。

该实施例中，该光电检测部设置成垂直于被测玻璃905的表面，并且具备朝着相反方向设置的两个反射光接收面。或者，可以设置两个光电检测部903、904，这两个光电检测部903、904的光接收面朝向相反，并且分别接收来自第一光源901和第二光源902的检测用光。根据光学原理可知，如此垂直方向设置的光电检测部，同样能够根据反射光的入射位置，计算出被测玻璃的各厚度。具体的玻璃厚度计算公式，在此不再重复论述。

此外，第一光源和第二光源的发射光可以通过多种方式实现，例如，第一光源和第二光源通过光纤从同一光源引出。如上所述，通过这种设置，可以仅使用一个光源达到同样的测量效果。因此，可以降低本本实用新型的玻璃厚度检测装置的成本。

另外，在本实用新型中，虽然将基于第一、第二光源分别测得的厚度检测值取平均而作为最终厚度，但不限定与此，也可以使用其它优化算法并根据这两路光源的厚度检测值，取得最终的厚度参数。

而且，本实用新型中虽然设置了两个光源，但也可以设置更多数量的光源用于厚度测量。

尽管前面公开的内容示出了本实用新型的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的实用新型实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本实用新型的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims (5)

1.一种玻璃厚度检测装置，其特征在于，包括：

壳体，具有能够与被测玻璃表面接触的底面部，所述底面部为平面形状且可透过光线；

两个光源，相对置地隔着规定间距设置在所述壳体的内部，可发出射向所述底面部的检测用光；

光电检测部，由多个光检测单元排列构成，设置在所述壳体的内部，可接收来自所述被测玻璃的反射光；

玻璃厚度计算部，根据由所述光电检测部输出的检测信息，计算所述被测玻璃的厚度参数。

2.根据权利要求1所述的玻璃厚度检测装置，其特征在于，

在所述壳体的底面部设有狭缝。

3.根据权利要求1所述的玻璃厚度检测装置，其特征在于，

在所述光电检测部的光入射侧设置有滤光片，用于滤除杂散光。

4.根据权利要求1所述的玻璃厚度检测装置，其特征在于，

所述玻璃厚度计算部根据所述两个光源分别发出的所述检测用光照射到所述被测玻璃后反射至所述光电检测部而得到的检测信息，分别计算被测玻璃的厚度参数，并将该两个厚度参数的平均值作为最终的玻璃的厚度参数。

5.根据权利要求1所述的玻璃厚度检测装置，其特征在于，

所述光电检测部与所述壳体的底面部平行设置。