一种接触式光谱共焦装置的制作方法

1.本发明涉及光学测量领域，尤其涉及一种接触式光谱共焦装置。


背景技术：

2.光谱共焦是一种光学非接触测量位移量的测量方法，其采用宽带光色散后形成不同的波长，不同的波长聚焦到不同的点，每一个波长的焦点都对应一个距离值，根据反射的波长来确定位移量。
3.目前市面上的光谱共焦传感器通常只能非接触测量位移量，但是对于一些特殊的场合，比如有油、水、粉尘的场合，会因为测到的是其油、水、粉尘的表面而不是本体，而导致测量结果不准确。而且油、水、粉尘还会污染光学色散元件使其测量失效。
4.因此，现有技术存在缺陷，需要改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种接触式光谱共焦装置，实现接触式的测量。
6.本发明的技术方案如下：一种接触式光谱共焦装置，包括：光孔径、色散部、反射表面以及接触部；
7.所述光孔径用于供从光源发射的宽带光通过，或供从所述反射表面反射回来的测量光通向光测量部，或同时具有上述两种功能；
8.所述色散部用于将来自光孔径的光色散，使得不同波长的色散光在不同位置成像；
9.所述反射表面接收部分色散光并将聚焦到反射表面的光线返回所述色散部；
10.所述接触部用于接触需要测量的物体或需要表达的驱动物；
11.光源发出多个波长的光从光孔径通向色散部，色散部将光色散使得不同波长的色散光聚焦在不同的点，反射表面将聚焦到其上的波长的光反射回去，光测量部接收反射表面反射的光进行测量或表征，待测量或表征的位移量通过接触部带动反射表面或色散部中的至少一个运动，使得反射表面和色散光产生相对运动，实现光谱共焦色散光测量或表征接触位移量。
12.进一步地，所述反射表面反射光的波长特征和接触位移之间建立对应关系，所述关系用于后续利用反射表面反射光的波长计算接触位移。
13.进一步地，本接触式光谱共焦装置还包括相对运动部，所述接触部运动带动所述相对运动部运动，所述相对运动部带动所述反射表面运动。
14.进一步地，所述接触部以竖直移动的方式带动所述反射表面相对于所述色散部上下移动。
15.进一步地，所述接触部以摆动的方式带动所述反射表面相对于所述色散部上下移动。
16.进一步地，所述接触部以旋转的方式带动所述反射表面相对于所述色散部上下移动。
17.进一步地，所述接触部以水平移动的方式带动所述反射表面相对于所述色散部上下移动。
18.进一步地，本接触式光谱共焦装置还包括壳体以及密封部，所述反射表面位于所述壳体内，所述密封部将壳体密封。
19.进一步地，本接触式光谱共焦装置还包括导向部，所述导向部约束所述相对运动部运动的方向或范围。
20.进一步地，本接触式光谱共焦装置还包括连接部，所述连接部连接所述相对运动部与接触部，所述连接部与所述接触部或相对运动部可拆卸连接。
21.采用上述方案，光谱共焦的色散光照射到反射表面，接触部接触被测物体，反射表面由接触部带动运动，使得反射表面与色散光之间产生相对运动，实现光谱共焦色散光测量或表征接触位移量。本装置实现将接触式位移转换成非接触位移并被光谱共焦测量到，可以接触式地测量或表征被测位移，有效减少油、水、粉尘等的干扰，解决了业界痛点问题，能将光谱共焦测量原理扩展到更多应用领域和场合，具有巨大的价值和经济效率。
附图说明
22.图1为本发明的实施例一结构示意图。
23.图2为本发明实施例二的结构示意图。
24.图3为本发明实施例三的结构示意图。
25.图4为本发明实施例四的结构示意图。
具体实施方式
26.以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
27.请参阅图1，本发明提供一种接触式光谱共焦装置，包括：光孔径、色散部、反射表面、接触部以及相对运动部。
28.所述光孔径用于供从光源发射的宽带光通过，或供从所述反射表面反射回来的测量光通向光测量部，或同时具有上述两种功能。
29.所述色散部用于将来自光孔径的光色散，使得不同波长的色散光在不同位置成像。
30.所述反射表面位于色散部的下方，反射表面接收部分色散光并将聚焦到反射表面的光线返回所述色散部。
31.所述接触部用于接触需要测量的物体或需要表达的驱动物。
32.所述相对运动部连接着所述接触部与反射表面，所述接触部运动带动所述相对运动部运动，所述相对运动部带动所述反射表面与色散部产生相对运动。相对运动部可以带动反射表面运动，也可以带动色散部运动，只要保证反射表面与色散部产生相对运动即可。
33.所述反射表面反射光的波长特征和接触位移之间建立对应关系，所述关系用于后续利用反射表面反射光的波长计算接触位移。
34.光源发出多个波长的光从光孔径通向色散部，色散部将光色散使得不同波长的色
散光聚焦在不同的点，有的色散光聚焦到反射表面上，反射表面将聚焦到反射表面上波长的光反射回去，反射光从光孔径穿过通向光测量部，光测量部接收反射表面反射的光进行测量或表征。待测量或表征的位移量通过接触部带动反射表面或色散部中的至少一个运动，使得反射表面和色散光产生相对运动，实现光谱共焦色散光测量或表征接触位移量。
35.以下通过四个实施例对本接触式光谱共焦装置进行具体说明。
36.实施例一：
37.请参阅图1，本实施例一的接触式光谱共焦装置包括：壳体116、光孔径101、色散部102、反射表面104、接触部108以及相对运动部105，所述接触部108以竖直移动的方式带动所述反射表面104相对于所述色散部102上下移动。
38.所述反射表面104位于色散部102的正下方，经色散部102色散的不同波长的光沿上下方向聚焦在不同位置，相对运动部105连接反射表面104与接触部108，接触部108上下移动带动相对运动部105以及反射表面104上下移动，从而使得反射表面104和色散光103沿上下方向产生相对位移，聚焦在反射表面104的波长的光即为测量光，反射表面104将该测量光通过光孔径101反射回光测量部，实现将接触式位移(接触部108与被测物体直接接触)转换成非接触式移位(反射色散光的反射表面104与被测物体未直接接触)并被光谱共焦测量到。
39.所述壳体116的上下开口内部中空，所述色散部102设于所述壳体116的顶部且将壳体116的顶部密封，在本实施例中，色散部102通过螺纹117连接在壳体116的顶部。所述相对运动部105位于壳体的中间，所述接触部108位于壳体116的底端且露出于壳体116外，所述反射表面104位于相对运动部105上。
40.所述相对运动部105与壳体116之间设有导向部109，所述导向部109用于约束相对运动部105运动的方向和上下移动的范围。所述相对运动部105朝向导向109部设有运动部导向槽110，所述运动部导向槽110进一步地约束相对运动部105的方向或范围，进一步提高精度，不设置运动部导向槽110也是可以的，但这样相对运动部105除了上下移动外还会有额外的旋转运动或晃动，会带来额外的误差。所述导向部109内设有导向部导向槽113，所述导向部导向槽113进一步约束相对运动部运动的方向或范围。所述导向部导向槽113内设有滚动体保持架111，所述滚动体保持架111上设有若干滚动体112，所述相对运动部105沿着所述滚动体112进行上下运动。所述滚动体保持架111用于固定滚动体112，并使得滚动体112之间保持在合适的相对位置。所述滚动体112降低运动的摩擦力，使得相对运动部105上下移动得更为顺畅，提高使用寿命。
41.所述色散部102与相对运动部105之间设有弹性部114，所述弹性部114使得相对运动部105处于合适的初始位置，并提供合适的测力。所述弹性部114可以为弹簧。
42.所述相对运动部105与接触部108之间设有连接部107，可以通过螺纹连接，以方便根据需要更换接触部108。连接部107的底端露出于壳体116外。
43.所述连接部107与壳体116之间设有密封部a106，密封部a106用于防止灰尘、油、水等从壳体底部进入至壳体116内，且密封部a106具有伸缩功能，保证密封部a106不妨碍相对运动部105移动。
44.所述色散部102与壳体116之间设有密封部b115，所述密封部b115用于防止灰尘、油、水等从壳体顶部进入至壳体116内。
45.实施例二：
46.请参阅图2，本实施例二的接触式光谱共焦装置包括：壳体216、光孔径201、色散部202、反射表面204、接触部208以及相对运动部205，所述接触部208以摆动的方式带动所述反射表面204相对于所述色散部202上下移动。
47.所述反射表面204位于色散部202的正下方，经色散部202色散的不同波长的光沿上下方向聚焦在不同位置，相对运动部205连接反射表面204与接触部208，接触部208上下摆动带动相对运动部205以及反射表面204上下摆动，从而使得反射表面204和色散光203沿上下方向产生相对位移。聚焦在反射表面204的波长的光即为测量光，反射表面204将该测量光通过光孔径201反射回光测量部，实现将接触式位移(接触部208与被测物体直接接触)转换成非接触式移位(反射色散光的反射表面204与被测物体未直接接触)并被光谱共焦测量到。
48.所述壳体216的顶端开口底端密封，且内部中空，所述色散部202设于所述壳体216的顶部且将壳体216的顶部密封，在本实施例中，色散部202通过螺纹217连接在壳体216的顶部。所述相对运动部205位于壳体210的中间，所述反射表面204位于相对运动部205上，所述接触部208位于壳体216的侧面且露出于壳体216外。
49.所述相对运动部205与壳体210之间设有导向部209，所述导向部209为圆形，用于约束相对运动部205运动的方向和上下摆动的范围。
50.所述色散部202与相对运动部205之间、相对运动部205与壳体216底面之间设有弹性部214，所述弹性部214使得相对运动部205处于合适的初始位置，并提供合适的测力。所述弹性部214可以为弹簧。
51.所述导向部209与接触部208之间设有连接部207，可以通过螺纹连接，以方便根据需要更换接触部208。连接部207露出于壳体216外。
52.所述连接部207与壳体210之间设有密封部a206，密封部a206用于防止灰尘、油、水等从壳体210底部进入至壳体210内，且密封部a206具有伸缩功能，保证密封部a206不妨碍相对运动部205移动。
53.所述色散部202与壳体210之间设有密封部b215，所述密封部b215用于防止灰尘、油、水等从壳体210顶部进入至壳体210内。
54.实施例三：
55.请参阅图3，本实施例三的接触式光谱共焦装置包括：壳体316、光孔径301、色散部302、反射表面304、接触部308以及相对运动部305，所述接触部308以旋转的方式带动所述反射表面304相对于所述色散部302上下移动。
56.所述反射表面304位于色散部302的正下方，经色散部302色散的不同波长的光沿上下方向聚焦在不同位置，相对运动部305连接反射表面304与接触部308，接触部308旋转带动相对运动部305以及反射表面304上下移动，从而使得反射表面304和色散光303沿上下方向产生相对位移。聚焦在反射表面304的波长的光即为测量光，反射表面304将该测量光通过光孔径304反射回光测量部，实现将接触式位移(接触部308与被测物体直接接触)转换成非接触式移位(反射色散光的反射表面304与被测物体未直接接触)并被光谱共焦测量到。
57.所述壳体316的上下端开口内部中空，所述色散部302设于所述壳体316的顶部且
将壳体316的顶部密封，在本实施例中，色散部302通过螺纹317连接在壳体316的顶部。所述相对运动部305位于壳体316的中间，所述反射表面304位于相对运动部305上，所述接触部308位于壳体316的侧面且露出于壳体316外。
58.所述接触部308与相对运动部305之间设有螺旋部310，螺旋部310将接触部308的旋转运动转变为直线运动。具体地，所述壳体316的内部设有内螺纹，所述螺旋部310为带有外螺纹的丝杆。或者，接触部308与螺旋部310可以为凸轮结构，将接触部308的旋转运动转变为螺旋部的直线运动。
59.所述相对运动部305与壳体316之间设有导向部309，用于约束相对运动部305运动的方向和上下移动的范围。
60.所述色散部308与相对运动部305之间设有弹性部314，所述弹性部314使得相对运动部305处于合适的初始位置，并提供合适的测力。所述弹性部314可以为弹簧。
61.所述导向部309与接触部308之间设有连接部307，可以通过螺纹连接，以方便根据需要更换接触部308。连接部307露出于壳体316外。
62.所述连接部307与壳体316之间设有密封部a306，密封部a306用于防止灰尘、油、水等从壳体316底部进入至壳体316内，且保证密封部a306不妨碍相对运动部305移动。
63.所述色散部302与壳体306之间设有密封部b315，所述密封部b305用于防止灰尘、油、水等从壳体316顶部进入至壳体316内。
64.实施例四：
65.请参阅图4，本实施例四的接触式光谱共焦装置包括：壳体416、光孔径401、色散部402、反射表面404、接触部408以及相对运动部405，所述接触部408以水平移动的方式带动所述反射表面404相对于所述色散部402上下移动。
66.所述反射表面404位于色散部402的下方，经色散部402色散的不同波长的光沿上下方向聚焦在不同位置，相对运动部405连接反射表面404与接触部408，接触部408水平移动带动相对运动部405以及反射表面404水平移动，并使得反射表面404和色散光403沿上下方向产生相对位移。聚焦在反射表面404的波长的光即为测量光，反射表面404将该测量光通过光孔径401反射回光测量部，实现将接触式位移(接触部408与被测物体直接接触)转换成非接触式移位(反射色散光的反射表面404与被测物体未直接接触)并被光谱共焦测量到。
67.所述壳体416的上下端开口内部中空，所述色散部402设于所述壳体416的顶部且将壳体416的顶部密封，在本实施例中，色散部402通过螺纹417连接在壳体416的顶部。所述相对运动部405位于壳体416的中间，所述反射表面404位于相对运动部405上，所述接触部408位于壳体416的侧面且露出于壳体416外。
68.所述相对运动部405与壳体416之间设有导向部409，用于约束相对运动部405运动的方向和左右移动的范围。所述导向部409可以为直线导轨，所述相对运动部405沿着导向部移动。
69.所述反射表面404朝向色散部402的一面为斜面，因此当反射表面404进行水平移动时，不同波长的色散光403会聚焦到反射表面404的不同点上。
70.所述导向部409与接触部408之间设有连接部，可以通过螺纹连接，以方便根据需要更换接触部408。连接部露出于壳体416外。
71.所述色散部402与壳体416之间设有密封部b415，所述密封部b415用于防止灰尘、油、水等从壳体顶部进入至壳体416内。
72.综上所述，光谱共焦的色散光照射到反射表面，接触部接触被测物体，反射表面由接触部带动运动，使得反射表面与色散光之间产生相对运动，实现光谱共焦色散光测量或表征接触位移量。本装置实现将接触式位移转换成非接触位移并被光谱共焦测量到，可以接触式地测量或表征被测位移，有效减少油、水、粉尘等的干扰，解决了业界痛点问题，能将光谱共焦测量原理扩展到更多应用领域和场合，具有巨大的价值和经济效率。
73.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。