專利名稱：線徑測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種線徑測量儀。它涉及光學(xué)測量領(lǐng)域特別是線徑的在線測量。
在《計(jì)量技術(shù)》(1997年第7期，15-16頁)中公開了一種線徑測量儀。它由位于凸透鏡一側(cè)焦點(diǎn)處的點(diǎn)光源、另一側(cè)的成像物鏡及其置于其后的線陣電荷耦合器及其驅(qū)動電路和處理器所構(gòu)成，點(diǎn)光源經(jīng)凸透鏡產(chǎn)生平行光后，將被測物體投影到置于其后的線陣電荷耦合器上，由于被測物的遮擋作用，在線陣電荷耦合器上的光強(qiáng)分布中形成一個與被測物尺寸相同的暗區(qū)，線陣電荷耦合器將光強(qiáng)的分布轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號輸出，該信號經(jīng)二值化比較電路和數(shù)據(jù)處理器所構(gòu)成的處理器處理后得出被測物的尺寸。它的不足之處是理論上被測物邊緣的光強(qiáng)應(yīng)為無阻擋時光強(qiáng)的四分之一，因直邊衍射的菲涅耳效應(yīng)，此時的平行光通過被測物時，其測量輸出波形如

圖1所示，其中橫坐標(biāo)X為線陣電荷耦合器像元的位置分布；縱坐標(biāo)Y為歸一化的光強(qiáng)分布，從圖中可見二值化比較電路很難在上述波形中將高電平精確定位，因此測量精度受到很大的影響。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種測量精度高的線徑測量儀。
本實(shí)用新型是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)光源由電機(jī)及其軸上的反射鏡和激光器所構(gòu)成，所述的激光器輸出光斑經(jīng)反射鏡落至凸透鏡；線陣電荷耦合器件的上、下端分別置有光電開關(guān)。所述的電機(jī)與被測物同軸向設(shè)置。所述的反射鏡的反射面與電機(jī)的軸向平行。所述的激光器的輸出光軸與電機(jī)的軸向垂直。所述的激光器為氦氖激光器或半導(dǎo)體激光器。凸透鏡與線陣電荷耦合器間置有一對濾光片。所述的處理器由A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)處理器所構(gòu)成。
本實(shí)用新型由于采用了激光掃描產(chǎn)生平行光并將其順序掃過被測物，從而避免了在被測物后的線陣電荷耦合器上光強(qiáng)分布的直邊衍射現(xiàn)象，使得被測物后的光強(qiáng)分布僅為三直線段，如圖3所示，其中橫坐標(biāo)X為線陣電荷耦合器像元的位置分布；縱坐標(biāo)Y為歸一化的光強(qiáng)分布，由圖中可見處理器很容易精確地確定出半峰值點(diǎn)，來確保及大大提高測量精度。在此基礎(chǔ)上，處理器采用A/D轉(zhuǎn)換電路將線陣電荷耦合器像元的電壓模擬信號變換成數(shù)字信號，再由數(shù)據(jù)處理器對其進(jìn)一步處理，可使測量精度突破像元尺寸的限制，以獲更大的提高。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作情況。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中線陣電荷耦合器的輸出波形。
圖2是本實(shí)用新型的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2的線陣電荷耦合器的輸出波形。
參照圖2、圖3，凸透鏡3一側(cè)的焦點(diǎn)處置有由電機(jī)1及其軸上的反射鏡2和激光器9所構(gòu)成的點(diǎn)光源，其中激光器9的輸出光斑經(jīng)反射鏡2落至凸透鏡3。凸透鏡3的另一側(cè)為線陣電荷耦合器5及其驅(qū)動電路10和由A/D轉(zhuǎn)換電路與數(shù)據(jù)處理器所組成的處理器6，它們相互電連接。凸透鏡3與線陣電荷耦合器5間置有一對濾光片(8，8′)；被測物4位于該對濾光片(8，8′)之間。線陣電荷耦合器5的上、下端各置有光電開關(guān)(7，7′)，該開關(guān)(7，7′)分別與驅(qū)動電路10相電連接。
工作時電機(jī)1帶動反光鏡2轉(zhuǎn)動，將來自激光器9的激光反射至凸透鏡3，由凸透鏡3將其轉(zhuǎn)換為平行光后通過濾光片8自上而下掃過被測物4后再經(jīng)濾光片8′投射到線陣電荷耦合器5上，先于線陣電荷耦合器5接收到平行光的光電開關(guān)7啟動線陣電荷耦合器5驅(qū)動電路10工作，并控制線陣電荷耦合器5進(jìn)入光積分過程，當(dāng)平行光掃過被測物后至光電開關(guān)7′時，該開關(guān)7′控制驅(qū)動電路10結(jié)束光積分過程，最后得到如圖3所示波形的電信號，開關(guān)7′同時將該信號取送至A/D轉(zhuǎn)換電路，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行處理。由于CCD驅(qū)動頻率可達(dá)幾百KHz-幾兆Hz，在掃描間隔時間內(nèi)，數(shù)據(jù)可被采集和處理完成。
權(quán)利要求1.一種線徑測量儀，凸透鏡(3)一側(cè)的焦點(diǎn)處置有點(diǎn)光源、另一側(cè)為線陣電荷耦合器(5)及其驅(qū)動電路(10)和處理器(6)，其特征是點(diǎn)光源由電機(jī)(1)及其軸上的反射鏡(2)和激光器(9)所構(gòu)成，所述的激光器(9)的輸出光斑經(jīng)反射鏡(2)落至凸透鏡(3)；線陣電荷耦合器(5)的上、下端各置有光電開關(guān)(7，7′)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線徑測量儀，其特征是電機(jī)(1)與被測物(4)同軸向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的線徑測量儀，其特征是反射鏡(2)的反射面與電機(jī)(1)的軸向平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的線徑測量儀，其特征是激光器(9)的輸出光軸與電機(jī)(1)的軸向垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線徑測量儀，其特征是激光器(9)為氦氖激光器或半導(dǎo)體激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線徑測量儀，其特征是凸透鏡(3)與線陣電荷耦合器(5)間置有一對濾光片(8，8′)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線徑測量儀，其特征是處理器(6)由A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)處理器所組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種線徑測量儀。它克服了現(xiàn)有技術(shù)中測量精度低的不足。它的點(diǎn)光源由電機(jī)及其軸上的反射鏡和激光器所構(gòu)成,該激光器的輸出光斑經(jīng)反射鏡落至凸透鏡;線陣電荷耦合器的上、下端各置有光電開關(guān);線陣電荷耦合器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路與數(shù)據(jù)處理器連接。它適用于不同直徑被測物的在線測量,具有高精度的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01B11/08GK2384196SQ99228718
公開日2000年6月21日 申請日期1999年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月22日
發(fā)明者張玉鈞, 劉文清, 宋炳超, 鄭朝暉, 王鋒平, 周斌 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所