專利名稱：一種應(yīng)用于軸孔直徑測量的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及先進(jìn)光學(xué)設(shè)計與精密測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于軸孔直徑測 量的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有技術(shù)中提出了多種應(yīng)用于內(nèi)徑測量的光學(xué)系統(tǒng)，通過 這些光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)測量，初步滿足了實際應(yīng)用中的需要。發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點和不足現(xiàn) 有技術(shù)中的測量方法不能對無法正向觀察或正向成像的待測幾何量進(jìn)行準(zhǔn)確的成像測量
發(fā)明內(nèi)容

為了實現(xiàn)對無法正向觀察或正向成像的待測幾何量進(jìn)行準(zhǔn)確的成像測量，滿足實 際應(yīng)用中對內(nèi)徑測量的需要，本發(fā)明實施例將離軸成像技術(shù)應(yīng)用到測量技術(shù)領(lǐng)域，提供了 一種應(yīng)用于軸孔直徑測量的光學(xué)系統(tǒng)，所述技術(shù)方案如下本發(fā)明實施例提供了一種應(yīng)用于軸孔直徑測量的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括 待測幾何量(軸孔直徑變化或其它無法正向觀察的幾何量)、光電探測裝置、基準(zhǔn)裝置、固 定調(diào)整裝置、成像裝置、照明裝置；所述待測幾何量、所述光電探測裝置、所述固定調(diào)整裝置、所述成像裝置、所述照 明裝置相對于所述基準(zhǔn)裝置對稱放置；所述待測幾何量與所述成像裝置的光軸不垂直；所 述光電探測裝置固定在所述固定調(diào)整裝置上；所述成像裝置沿所述固定調(diào)整裝置的斜面方 向固定在所述固定調(diào)整裝置上；所述照明裝置沿水平面方向固定在所述固定調(diào)整裝置上； 所述固定調(diào)整裝置固定在所述基準(zhǔn)裝置上。所述待測幾何量的平面與所述光電探測裝置的平面共軛。所述成像裝置和/或所述照明裝置采用光學(xué)面朝下的放置方式。所述成像裝置中的物鏡采用3組4片的透鏡。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的有益效果是通過使成像裝置的光軸與待測幾何量不垂直，將離軸成像技術(shù)運用到軸孔測量 中，實現(xiàn)了對無法正向觀察或正向成像的待測幾何量進(jìn)行準(zhǔn)確的成像測量，滿足實際應(yīng)用 中對軸孔直徑測量的需要；并且通過采用離軸光學(xué)設(shè)計，解決了待測幾何量某一部位成像 清楚、某一部位成像不清楚及測量精度不高等問題。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明實施例提供的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的光學(xué)系統(tǒng)的光線追跡示意圖。附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下
1-1 待測幾何量；1-2 光電探測裝置；1-3 基準(zhǔn)裝置；1-4固定調(diào)整裝置；1_5 成 像裝置；1-6:照明裝置。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了實現(xiàn)對無法正向觀察或正向成像的待測幾何量進(jìn)行準(zhǔn)確的成像測量，滿足實 際應(yīng)用中對軸孔直徑測量的需要，將離軸成像技術(shù)應(yīng)用到本發(fā)明實施例中，本發(fā)明實施例 提供了一種應(yīng)用于軸孔直徑測量的光學(xué)系統(tǒng)，參見圖1，該系統(tǒng)主要包括待測幾何量1-1、 光電探測裝置1-2、基準(zhǔn)裝置1-3、固定調(diào)整裝置1-4、成像裝置1-5、照明裝置1-6 ；待測幾何量1-1、光電探測裝置1-2、固定調(diào)整裝置1-4、成像裝置1-5、照明裝置 1-6相對于基準(zhǔn)裝置1-3對稱放置；待測幾何量1-1與成像裝置1-5的光軸不垂直；光電探 測裝置1-2固定在固定調(diào)整裝置1-4上；成像裝置1-5沿固定調(diào)整裝置1-4的斜面方向固 定在固定調(diào)整裝置1-4上；照明裝置1-6沿水平面方向固定在固定調(diào)整裝置1-4上，并保持 照明裝置1-6的光束水平；固定調(diào)整裝置1-4固定在基準(zhǔn)裝置1-3上。其中，待測幾何量主要是指軸孔直徑變化或其它無法正向觀察的幾何量。具體實現(xiàn)時，成像裝置1-5的光軸與待測幾何量1-1不垂直，使得成像裝置1-5的 光軸與待測幾何量1-1之間有一定的夾角，實現(xiàn)了對離軸成像技術(shù)的應(yīng)用，該夾角的度數(shù) 和待測幾何量的實際尺寸有關(guān)，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。成像裝置1-5沿 固定裝置1-4的斜面方向固定在固定調(diào)整裝置1-4上，該斜面方向由離軸成像物鏡的設(shè)計 參數(shù)決定，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。上述固定調(diào)整裝置1-4用于固定待測幾何量1-1、光電探測裝置1-2、成像裝置1_5 和照明裝置1-6，該固定方式可以為卡槽固定、螺栓固定或其他的固定方式，具體實現(xiàn)時，本 發(fā)明實施例對此不做限制。綜上所述，將離軸成像技術(shù)應(yīng)用到軸孔直徑測量中，解決了實際應(yīng)用中不能對無 法正向觀察或正向成像的待測幾何量進(jìn)行準(zhǔn)確的成像測量的問題。由于待測幾何量1-1與成像裝置1-5的光軸不垂直，使得待測幾何量1-1的不同 部位相對成像裝置1-5的物距相差較大，一方面由于存在景深的影響會使待測幾何量1-1 的某一部位成像清楚、某一部位成像不清楚；另一方面因待測幾何量1-1的不同部位的物 距不同而導(dǎo)致放大率存在差別，產(chǎn)生透視變形，進(jìn)而使得對待測幾何量1-1的測量精度產(chǎn) 生影響。為了進(jìn)一步地解決待測幾何量1-1某一部位成像清楚、某一部位成像不清楚及對 測量精度產(chǎn)生影響的問題，本發(fā)明實施例進(jìn)一步地采用了離軸光學(xué)設(shè)計，詳見下文描述通過對成像裝置1-5的物鏡鏡頭的設(shè)計可以解決待測幾何量1-1的某一部位成 像清楚、某一部位成像不清楚的問題，本發(fā)明實施例優(yōu)選地將成像裝置1-5中的物鏡采用3 組4片的透鏡，通過該透鏡獲取到了 1 3倍的物象放大率，提高了成像的質(zhì)量，經(jīng)過標(biāo)定方法，可以進(jìn)一步地提高待測幾何量1-1的測量精度，具體實現(xiàn)時還可以采用其他組片的 透鏡，本發(fā)明實施例對此不做限制。參見圖2，圖2中給出了成像裝置1-5中的物鏡采用3 組4片的透鏡后得出的光線追跡示意圖，通過該圖可以獲知待測幾何量1-1被放大了 1 3倍，提高了成像質(zhì)量，進(jìn)一步地可以獲知通過該裝置提高了待測幾何量的測量精度。
綜上所述，通過采用上述的離軸光學(xué)設(shè)計，解決了待測幾何量某一部位成像清楚、 某一部位成像不清楚的問題，并進(jìn)一步提高了測量的精度。進(jìn)一步地，為了解決因透視變形而產(chǎn)生的測量誤差的問題，本發(fā)明實施例優(yōu)選地 將傾斜的光電探測裝置1-2的平面與傾斜的待測幾何量1-1的平面共軛，從而校正了透視 變形。進(jìn)一步地，為了避免在使用過程中成像裝置1-5、照明裝置1-6受到外界環(huán)境中的 雜質(zhì)污染，例如碎屑、灰塵等雜質(zhì)，本發(fā)明實施例優(yōu)選地將成像裝置1-5和/或照明裝置 1-6采用光學(xué)面朝下的放置方式。進(jìn)一步地，該光電探測裝置1-2可以為CCD (Charge-coupled Device,電荷耦合器 件)、PSD (Position Sensitive Device，位置敏感器件)等器件，具體實現(xiàn)時還可以為其他 的器件，本發(fā)明實施例對此不做限制。進(jìn)一步地，為了滿足實際測量時的多種需要，具體實現(xiàn)時，可以采用一組或多組的 組合方式同時在多個徑向方向?qū)Υ郎y幾何量1-1進(jìn)行測量。進(jìn)一步地，為了獲得較好的測量效果，本發(fā)明實施例優(yōu)選地采用了帶尾纖的激光 器，并將激光器外置，具體實現(xiàn)時，還可以為其他的激光器，本發(fā)明實施例對此不做限制。具體實現(xiàn)時，光電探測裝置1-2可以為光電探測器；基準(zhǔn)裝置1-3可以為中心基準(zhǔn) 柱；固定調(diào)整裝置1-4可以為調(diào)整塊；成像裝置1-5可以為光學(xué)探測鏡頭；照明裝置1-6可 以為光纖準(zhǔn)直器。具體實現(xiàn)時，上述裝置還可以為其他相應(yīng)的器件，本發(fā)明實施例對此不做 限制。本發(fā)明實施例以光電探測器、中心基準(zhǔn)柱、調(diào)整塊、光學(xué)探測鏡頭、光纖準(zhǔn)直器為 例對該光學(xué)系統(tǒng)的主要工作方式進(jìn)行說明，詳細(xì)描述參見下文首先，光電探測器、中心基準(zhǔn)柱、調(diào)整塊、光學(xué)探測鏡頭、光纖準(zhǔn)直器按照上述描述 的固定方式固定；其次，帶尾纖的激光器射出的激光經(jīng)光纖傳導(dǎo)后經(jīng)光纖準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后輸 出，準(zhǔn)直后的激光照射在待測幾何量上，發(fā)生反射，反射光經(jīng)光學(xué)探測鏡頭成像，成像在光 電探測器上，光電探測器接收并輸出；再次，將輸出的結(jié)果連接到實際應(yīng)用的電路中，進(jìn)行 計算，最終獲取實際的測量結(jié)果，即可以通過上述方式實現(xiàn)對待測幾何量的精確測量。綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種應(yīng)用于軸孔直徑測量的光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通 過將離軸成像技術(shù)應(yīng)用到軸孔直徑測量中，解決了實際應(yīng)用中無法對正向觀察或正向成像 的待測幾何量進(jìn)行準(zhǔn)確成像測量的問題；通過采用離軸光學(xué)設(shè)計，解決了待測幾何量某一 部位成像清楚、某一部位成像不清楚及測量精度不高的問題。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例 序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種應(yīng)用于軸孔直徑測量的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)包括待測幾何量、光電探測裝置、基準(zhǔn)裝置、固定調(diào)整裝置、成像裝置、照明裝置；所述待測幾何量、所述光電探測裝置、所述固定調(diào)整裝置、所述成像裝置、所述照明裝置相對于所述基準(zhǔn)裝置對稱放置；所述待測幾何量與所述成像裝置的光軸不垂直；所述光電探測裝置固定在所述固定調(diào)整裝置上；所述成像裝置沿所述固定調(diào)整裝置的斜面方向固定在所述固定調(diào)整裝置上；所述照明裝置沿水平面方向固定在所述固定調(diào)整裝置上；所述固定調(diào)整裝置固定在所述基準(zhǔn)裝置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述待測幾何量的平面與所述光電 探測裝置的平面共軛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述成像裝置和/或所述照明裝置采 用光學(xué)面朝下的放置方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述成像裝置中的物鏡采用3組 4片的透鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于軸孔直徑測量的光學(xué)系統(tǒng)，涉及先進(jìn)光學(xué)設(shè)計與精密測量技術(shù)領(lǐng)域，所述光學(xué)系統(tǒng)包括光電探測裝置、基準(zhǔn)裝置、固定調(diào)整裝置、成像裝置、照明裝置；所述光電探測裝置、所述固定調(diào)整裝置、所述成像裝置、所述照明裝置相對于所述基準(zhǔn)裝置對稱放置；待測的軸孔直徑的變化量與所述成像裝置的光軸不垂直；所述光電探測裝置固定在所述固定調(diào)整裝置上；所述成像裝置沿所述固定調(diào)整裝置的斜面方向固定在所述固定調(diào)整裝置上；所述照明裝置沿水平面方向固定在所述固定調(diào)整裝置上；所述固定調(diào)整裝置固定在所述基準(zhǔn)裝置上。本發(fā)明實施例實現(xiàn)了對無法正向觀察或正向成像的待測幾何量進(jìn)行準(zhǔn)確的成像測量，滿足對軸孔直徑測量的要求。
文檔編號G01B11/12GK101839697SQ20101015125
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者李富琳, 王仲, 謝洪波, 邾繼貴 申請人:天津大學(xué)