非接触式厚度测量仪的制作方法

本实用新型涉及测量设备领域，尤其涉及一种非接触式厚度测量仪。

背景技术：

影像量测是目前精密量测领域中应用最广泛的量测方法，该方法不仅精度高，而且量测速度快。影像量测可以用于零件或者部件的尺寸误差和形位误差等的测量，对保证产品质量起着重要的作用。

一般而言，由于零件或者部件表面高低不平，在对某部位进行影像量测时，通常都需要进行对焦，使得该部位到镜头的距离等于焦距。在这里，具体对焦过程为：在一定范围内移动CCD镜头，不断获取待量测部位的影像，然后根据获取的影像计算出CCD镜头的焦点位置，再将CCD镜头移动到该焦点位置进行影像获取及量测。这种影像量测方法不仅浪费时间，而且所计算出来的焦点位置也不一定准确。针对这种情况，出现了光谱共焦测厚仪，其是采用宽谱光源照射到被测物体表面，由光谱分析仪探测反射回来的光谱，确定完美聚焦于物体表面的峰值波长，从而确定被测物体表面距离色散镜头的距离，进而计算得到被测物体的厚度。然而，现有的光谱共焦测厚仪需要使用到分光镜，使由被测物体表面反射回来的光线能够进入到共焦小孔中。这样，现有光谱共焦测厚仪需要采用一个平台，来承载和固定分光镜和共焦小孔等，这使得产品结构较为复杂，大大提高了产品的成本。

技术实现要素：

本实用新型针对现有的光谱共焦测厚仪结构较为复杂，成本高的问题，提出了一种非接触式厚度测量仪。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提出了一种厚度测量仪，包括点光源，用于固定被测物体的载物台以及与载物台相对设置、用于将点光源所发出的复色光分解成不同波长的单色光并使该不同波长的单色光照射载物台上的被测物体的色散镜头；还包括光纤传输结构；光纤传输结构包括第一光纤，该第一光纤通过光纤分路器分别与第二光纤和第三光纤连接；第二光纤的远离光纤分路器的端部朝向点光源设置；第一光纤的远离光纤分路器的端部与色散镜头相对设置，并位于色散镜头的光轴上；第三光纤的远离光纤分路器的端部与光谱分析仪连接，从而使由被测物体表面所反射的光线经色散镜头透射而进入第一光纤的远离光纤分路器的端部，再依次经光纤分路器和第三光纤而被光谱分析仪接收，光谱分析仪用于分析由被测物体表面所反射并进入第一光纤的远离光纤分路器的端部的光线的波长；厚度测量仪还包括与光谱分析仪电性连接、用于根据由光谱分析仪所分析的光线波长计算被测物体厚度的处理器。

本实用新型上述的厚度测量仪中，点光源采用氙灯或白光LED。

本实用新型上述的厚度测量仪中，还包括支撑台，载物台通过水平调节器安装在支撑台上；色散镜头通过支架安装在支撑台上。

本实用新型上述的厚度测量仪中，载物台为一平板，支撑台上开设有多个螺纹孔，水平调节器包括多个螺栓，螺栓和螺纹孔一一对应；螺栓螺纹连接在对应的螺纹孔中；载物台支撑设置在该多个螺栓上。

本实用新型上述的厚度测量仪中，还包括支撑设置在支撑台上的壳体；点光源、光谱分析仪以及支架处于壳体中；厚度测量仪还包括用于将第三光纤固定在壳体内壁上的连接单元。

本实用新型上述的厚度测量仪中，还包括用于给点光源供电的电源。

本实用新型的非接触式厚度测量仪构造一种光纤传输结构，该光纤传输结构包括第一光纤，第一光纤通过光纤分路器分别与第二光纤和第三光纤连接；第二光纤用于将点光源所发出的光线导入第一光纤，并由第一光纤导出并经色散透镜照射到被测物体表面上；第一光纤还用于接收由被测物体表面所反射并经过色散透镜的光线，再将其导入第三光纤，并由第三光纤传输给光谱分析仪。在这一过程中，第一光纤分别用作点光源和共焦小孔，实现了光谱共焦测厚仪结构的简化。本实用新型的非接触式厚度测量仪设计巧妙，实用性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1示出了本实用新型实施例的厚度测量仪的示意图；

图2示出了图1所示的厚度测量仪的光路原理图。

具体实施方式

本实用新型要解决的技术问题是：现有的光谱共焦测厚仪需要使用到分光镜，使由被测物体表面反射回来的光线能够进入到共焦小孔中。这样，现有光谱共焦测厚仪需要采用一个平台，来承载和固定分光镜和共焦小孔等，这使得产品结构较为复杂，大大提高了产品的成本。本实用新型提出的解决该技术问题的技术思路是：构造一种光纤传输结构，该光纤传输结构包括第一光纤，第一光纤通过光纤分路器分别与第二光纤和第三光纤连接；第二光纤用于将点光源所发出的光线导入第一光纤，并由第一光纤导出并经色散透镜照射到被测物体表面上；第一光纤还用于接收由被测物体表面所反射并经过色散透镜的光线，再将其导入第三光纤，并由第三光纤传输给光谱分析仪。在这一过程中，第一光纤分别用作点光源和共焦小孔，实现了光谱共焦测厚仪结构的简化。

为了使本实用新型的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本实用新型，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1和图2所示，图1示出了本实用新型实施例的厚度测量仪，图2示出了图1所示的厚度测量仪的光路原理图。该厚度测量仪包括点光源1，用于固定被测物体的载物台7，与载物台7相对设置、用于将点光源1所发出的复色光分解成不同波长的单色光并使该不同波长的单色光照射载物台7上的被测物体的色散镜头4；厚度测量仪还包括光纤传输结构6，光纤传输结构6还包括第一光纤64，该第一光纤64通过光纤分路器63分别与第二光纤62和第三光纤61连接；第二光纤62的远离光纤分路器63的端部朝向点光源1设置；第一光纤64的远离光纤分路器63的端部与色散镜头4相对设置，并位于色散镜头4的光轴上；这样，第二光纤62可接收点光源1所发出的复色光，并将该复色光导入到第一光纤64中，再由第一光纤64的远离光纤分路器63的端部发出。同时，第三光纤61的远离光纤分路器63的端部与光谱分析仪5连接；光谱分析仪5用于分析由被测物体表面所反射并进入第一光纤64的远离光纤分路器63的端部的光线的波长；厚度测量仪还包括与光谱分析仪5电性连接、用于根据由光谱分析仪5所分析的光线波长计算被测物体厚度的处理器(图中未示出)。这样，由被测物体表面所反射的光线经色散镜头4透射而进入第一光纤64的远离光纤分路器63的端部，再依次经光纤分路器63和第三光纤61而被光谱分析仪5接收。在该过程中，第一光纤64的远离光纤分路器63的端部起到了共焦小孔的作用，换句话说，在由色散镜头4分解出的不同波长的单色光中，刚好聚焦在被测物体表面上、并被反射进入第一光纤64的远离光纤分路器63的端部中的单色光的光通量将最大，而其他光谱成分的光通量相对较小。利用光谱分析仪对由第一光纤64的远离光纤分路器63的端部所接收的光线进行解谱，即可确定刚好聚焦在被测物体表面上的单色光的波长λ₂；而该波长λ₂与被测物体表面到色散镜头之间的距离具有线性函数关系，该线性函数关系通过实验预先确定。这样，通过该线性函数关系即可确定被测物体表面到色散镜头之间的距离，进而可计算得到被测物体的厚度。

在厚度测量仪的设计过程中，点光源参数的选取十分重要，必须同时满足波长调制和系统共焦特性两方面的要求。点光源必须具有连续的光谱分布，这是保证波长调制的前提。如果单纯从提高分辨率的角度考虑，点光源应尽量使用波长值较小的光谱范围来作为工作波段，但是，点光源的工作波段的选取直接决定了光谱分析仪的工作光谱区；而该工作光谱区对光谱分析仪的色散元件、物镜等光学元件的类型以及材料都有要求。此外，该工作光谱区也决定了光谱分析仪中光栅的选择以及相应探测器的匹配，对光谱分析仪的分辨能力影响较大。基于此，点光源采用可见光区的白光光源，具体可为氙灯和白光LED。氙灯在可见光区分布较为平坦，且光通量较大，是较为理想的光源选择。但是氙灯体积较大，不便于设备的小型化。而白光LED的光谱分布没有氙灯平坦，但是体积小，便于设备小型化。因此，本实施例中，点光源采用白光LED。

在本实施例中，厚度测量仪还包括支撑台9，载物台7通过水平调节器8安装在支撑台9上；色散镜头4通过支架10安装在支撑台9上。在本实施例中，载物台7为一个平板，支撑台9上开设有多个螺纹孔，水平调节器8包括多个螺栓，螺栓和螺纹孔一一对应；螺栓螺纹连接在对应的螺纹孔中；载物台7支撑设置在该多个螺栓上。通过旋钮螺栓，可以将载物台7调节为水平设置。在本实施例中，色散镜头4的光轴通过支架10的固定竖直设置。

进一步地，厚度测量仪还包括支撑设置在支撑台9上的壳体11；点光源1、光谱分析仪5以及支架10处于壳体11中；为了使光纤传输结构6的光纤走线更加美观，在本实施例中，厚度测量仪还包括用于将第三光纤61固定在壳体11内壁上的连接单元3。

进一步地，在本实施例中，厚度测量仪还包括用于给点光源1供电的电源2。在其他实施例中，厚度测量仪包括用于将点光源1接入市电的连接插头(图中未示出)。

本实用新型的非接触式厚度测量仪构造一种光纤传输结构，该光纤传输结构包括第一光纤，第一光纤通过光纤分路器分别与第二光纤和第三光纤连接；第二光纤用于将点光源所发出的光线导入第一光纤，并由第一光纤导出并经色散透镜照射到被测物体表面上；第一光纤还用于接收由被测物体表面所反射并经过色散透镜的光线，再将其导入第三光纤，并由第三光纤传输给光谱分析仪。在这一过程中，第一光纤分别用作点光源和共焦小孔，实现了光谱共焦测厚仪结构的简化。本实用新型的非接触式厚度测量仪设计巧妙，实用性强。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。