针对目前国内自主研制的激光位移传感器精度低,测量范围小等问题,提出了一种采用光学设计软件预先仿真整个激光位移传感器光学系统的方法。在分析系统各部分的光学特性的基础上,结合具体要求设计了一个激光位移传感器的光学系统,其工作范围为(50±10)mm。采用系统分割的方法,将整个光学系统分为两部分进行设计,No.1部分是激光束的整形透镜,要求在有效的工作范围内得到小而均匀的出射光斑,设计结果表明,在测量范围内,光斑大小能够控 制在10-1mm量级;另一部分是被测面散射光接收的成像物镜,该系统的特点是物面和像面相对于光轴都有一定的角度,实验结果表明其成像满足Scheimpflug条件。 这种传感器可以用于测量物体的表面粗糙度,以评估其质量。国产激光位移传感器产品基本性能要求
非接触式激光平面检测采用的是集光、机电一体化的测量设备系统,系统中的激光位移传感器是一种代替传统接触式测量的新型位移检测装置,具有分辨率高,线性度高和稳定性好等特点,可实现对对象物的高精度、高可靠性的测量。本文中定性检测试验较好地反映出对象物平面实际起伏情况,定量检测试验结果达到了仪器的理论精度为6μm范围内的要求。该系统能满足现代化生产和科学研究的需要,具有广阔的应用前景。创视智能技术创视智能技术扬州激光位移传感器设备生产激光位移传感器是一种非接触式的测量设备,利用激光技术进行精确的距离测量。
在图1所示的实施例中,成像物镜6包含以下两种结构形式:(形式一)成像物镜6为物侧面和像侧面都为非球面的单一非球面镜片,(形式二)成像物镜6是由多个镜片组合而成的透镜组。综上所述,本发明在激光位移传感器的光学系统设计时,利用增加像散,在感光元件的感光单元沿着S方向排列的情况下,拉高成像物镜S方向的MTF值同时降低T方向上的MTF值,使得线阵感光元件上的光斑呈现长条状态,进而实现以下技术效果:降低激光位移传感器中成像物镜的设计难度,同时降低了设备的成本;
根据物体表面的散射特性,可确定入射光与成像透镜光轴的夹角。激光入射到被测物体表面,散射光强度成椭球型分布[6]。当入射光垂直入射时,α值越小,成像透镜接收到的散射光强度越大,但角度过小对探测器分辨率要求及制作工艺上都有较高难度,综合考虑取α值为21.8°,由仪器的测量范围±10mm可得到物距为53.85mm。通常情况下,库克三元组有很好的成像效果[7],因此选择库克三元组作为成像透镜的初始结构进行优化。优化过程中以各个镜片表面的半径为变量,控制厚度在适当范围,同时将像面与光轴的夹角β设为可变,采用CODEV的横向像差与波像差相结合的方式进行优化,得到下面的结果。图3为优化后的成像光学系统它可以实时监测物体的变形情况,提供及时的预警和反馈。
一种激光位移传感器,包括激光器、成像物镜以及感光元件,所述激光器用于射出激光束,由所述成像物镜接收并出射的光入射到所述感光元件,其特征在于,在对所述成像物镜和所述感光元件进行调制传递函数MTF解析时,解析结果满足以下条件:在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向的情况下,MTFS>MTFT;在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为子午方向的情况下,MTFT>MTFS;其中,MTFS为弧矢方向上的MTF值,MTFT为子午方向上的MTF值;在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向的情况下,所述成像物镜本身的MTFS>MTFT;或者,在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为子午方向的情况下,所述成像物镜本身的MTFT>MTFS,使得所述解析结果满足所述条件;和/或在所述成像物镜前和/或在所述成像物镜后加入能够引入像散的光学元器件,并且配合微调所述成像物镜与所述感光元件之间的相对距离,使得所述解析结果满足所述条件。2.根据权利要求1所述的激光位移传感器,其特征在于,在进行解析时,空间频率为62.5lp/mm,如果所述多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向,则MTFS>MTFT×10。相比于传统的接触式传感器,激光位移传感器不会对被测物体造成任何损伤或干扰,适用于对敏感物体进行测量。国产激光位移传感器产品基本性能要求
它还可以用于测量材料的膨胀和收缩,以研究其热学性质。国产激光位移传感器产品基本性能要求
根据本发明实施例的激光位移传感器主要包括激光器(例如,可以是CN1 06855391B5激光二极管)1、聚焦透镜2、窗口玻璃3、带通滤光片5、成像物镜(也可称为接收物镜)6、感光元件7以及反光元件8。其中,该激光位移传感器用于对被测物体4进行测量。在图1所示的结构中,省略了激光位移传感器的外壳。实际上,上述窗口玻璃3可以设置在激光位移传感器的外壳上,供激光器所发出的光通过。激光位移传感器的工作过程如下:由激光二极管1发射的激光束通过聚焦透镜2聚焦、窗口玻璃3滤光后,照射在被测物体4的表面形成一个测量光斑,激光束可以垂直入射到被测物体4表面(即垂直入射),也可与被测物体4表面成一定的角度(即斜入射)。该测量光斑由成像物镜6成像,并在感光元件7形成测量信号。国产激光位移传感器产品基本性能要求