一种新型光臂放大式高精度长度传感器及测量方法_3

文档序号:8920457阅读:来源:国知局
激光源二与反射部件的光路能够方便的进行调整,能够轻易实现激光 源一、激光源二发射的激光束通过反射面反射到光电探测器上的感光长度变化值大于被测 物体位移值,以便于通过检测光电探测器一、光电探测器二上感光长度大小来反推被测物 体的位移,提高测量精度;
[0048] 5、本发明所述新型光臂放大式高精度长度传感器的测量方法,选用两个激光束之 一来测量,当其中一个激光束反射点位于反射面的某些位置,如凸起形状反射面的顶端、两 个反射面的交线位置等,对应光电探测器的长度又有限,因此可能无法反射到对应光电探 测器,该光电探测器就无法计算出其位移值,另一个激光束反射点位于另一个反射面的其 他位置,可反射到对应光电探测器并可以进行换算测量,能够实现被测物体移动的每一刻, 反射部件上各反射面所反射的激光束中至少有一条可以反射到对应的光电探测器,此时处 理系统可以来回切换计算两个光电探测器的反射激光束位置变化,进行叠加累计,以实现 对被测物体位移一次性变化或连续增量式位移变化的测量,其测量方法简单、可靠,操作方 便,并且能够提高测量精度;
[0049] 6、本发明所述的测量方法中,在光电探测器一、光电探测器二的上下两端均设置 临界点,处理系统可以根据两个光电探测器上的临界点进行切换,当反射激光束超出该光 电探测器上两个临界点检测区域时,处理系统自动切换至对另一个光电探测器上的检测位 置变化进行记录、叠加和计算,切换方便可靠;
[0050] 7、利用该新型光臂放大式高精度长度传感器进行测量时,可以根据实际应用情 况,采用将反射部件固定在被测物体上,读数头保持固定不动,被测物体发生位移时,反射 部件与读数头发生相对运动,读数头可以测量得到反射部件即被测物体的位移值;或者,也 可以采用将读数头固定在被测物体上,反射部件保持不动,被测物体发生位移带动读数头 运动,读数头与反射部件发生相对位移,读数头可以测得读数头与反射部件之间的相对位 移,进而得到被测物体的位移值;测量选择反射部件或者读数头来固定在被测物体上,提高 了测量便利性;
[0051] 8、本发明所述的新型光臂放大式高精度长度传感器组,包括有至少两组上述长度 传感器,将所有的长度传感器内的反射部件相互连接为一整体,同时调整各个反射部件与 对应激光束一、激光束二为不同的相对位置关系,即每组长度传感器内的激光束一、激光束 二入射到对应反射部件上反射面的反射点均不相同;这样各组长度传感器所测量得到的被 测物体位移所对应的激光束一、激光束二反射到光电探测器一、光电探测器二上反射位置 均不相同,各组单独计算出被测物体的位移值后取平均值,能够得到更为准确的位移值,进 一步提高了测量精度,适用于连续位移增量的交替测量,也适用于位移较小(位移小于一 个反射面的反射单元面长度)的测量。
【附图说明】:
[0052] 图1为本发明所述新型光臂放大式高精度长度传感器的结构示意图;
[0053] 图2为图1中使用新型光臂放大式高精度长度传感器测量被测物体位移的示意 图;
[0054] 图3为图1中反射部件的反射面截面为三角形状的结构示意图;
[0055] 图4为图1中反射部件的反射面截面为圆弧形状的结构示意图;
[0056] 图5为图4中使用圆弧形状的反射部件与两个光电探测器配合测量的示意图;
[0057] 图6为图1中光学臂放大测量的原理图;
[0058] 图7为图1中新型光臂放大式高精度长度传感器中反射部件采用三角形状反射面 测量的示意图;
[0059] 图8为本发明所述一种新型光臂放大式高精度长度传感器组的结构示意图;
[0060] 图9为图8中两个反射部件的反射面相位错位设置的对比示意图。
[0061] 图中标记:
[0062] 1、激光源一,2、激光源二,3、激光束一,4、激光束二,5、读数头,51、收发端面,6、光 电探测器一,7、光电探测器二,8、反射部件,9、反射面。
【具体实施方式】
[0063] 下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本 发明的范围。
[0064] 实施例1
[0065] 如图1-7所示,一种新型光臂放大式高精度长度传感器,包括:
[0066] 激光束一 3、激光束二4 ;
[0067] 反射部件8,反射部件8上设有用于反射所述激光束一 3、激光束二4的若干个反 射面9,每个反射面9截面为对称的凸起形状,所有反射面9首尾相连构成反射面阵列;
[0068] 光电探测器一 6,用于接收激光束一 3在反射部件8中的反射面9反射后的激光束 并显示其反射位置;
[0069] 光电探测器二7,用于接收激光束二4在反射部件8中的反射面9反射后的激光 束并显示其反射位置;
[0070] 处理系统,根据光电探测器一 6上所接收到的激光束一 3反射位置变化值和光电 探测器二7上所接收到的激光束二4反射位置变化值,计算得到被测物体的位移变化值。
[0071] 该光电探测器一 6、光电探测器二7可以采用一种对光点位置敏感的光电器件,可 以测出光点的一维坐标的长方形器件。比如,光电探测器可选择一维线性光电探测器(简 称一维PSD),也可选择成二维平面光电探测器(简称二维PSD)。上述激光束一 3、激光束二 4分别通过激光源一1和激光源二2发射得到该激光束。
[0072] 上述的每个反射面9的凸起形状截面均为等腰三角形状或圆弧形状。当反射面9 的凸起形状截面为等腰三角形状,其中三角形反射面9的底面连接在反射部件8上或与反 射部件8 -体成型,另外两腰所对应的两面分别为反射单元面,该反射部件8的所有反射面 9形成一个连续的三角反射面阵列。另外,该反射面9凸起形状的截面还可以为圆弧形状, 其每个反射面9形成弧形面,该反射部件8的所有反射面9形成一个连续的波浪弧形反射 面阵列。
[0073] 该传感器还包括壳体,其中激光源一 1、激光源二2、光电探测器一 6、光电探测器 二7均位于壳体内,形成读数头5,该读数头5的收发端面51可穿过激光束一 3、激光束二 4以及激光束一 3、激光束二4的反射激光束。由于将激光源一 1、激光源二2、光电探测器 一 6、光电探测器二7集成在壳体内,形成读数头5,在调试和测量时,只需要将读数头5对 准反射部件8并调整二者相对位置,便能快速的将激光源一 1、激光源二2、光电探测器一6、 光电探测器二7与反射部件8的光路位置关系调试至符合测量条件。
[0074] 如图1-4所示,光电探测器一 6与光电探测器二7相互平行设置,且均垂直或平行 于读数头5的收发端面51,便于调节读数头5与反射部件8的光路。另外,激光源一 1和激 光源二2的间距可调,光电探测器一 6与光电探测器二7的间距可调,激光源一 1发射的激 光束一 3、激光源二2发射的激光束二4相对读数头5收发端面51的出射角度均可调。因 此激光源一 1、激光源二2与反射部件8的光路能够方便的进行调整,也能够轻易实现激光 源一 1、激光源二2发射的激光束通过反射面9反射到光电探测器上的感光长度变化值大于 被测物体位移值,以便于通过检测光电探测器一 6、光电探测器二7上感光长度大小来反推 被测物体的位移,提高测量精度。
[0075]当被测物体位移时,反射部件8随之一起位移,通过测量位移过程中激光束一 3、 激光束二4经反射面9反射后的激光束分别位于光电探测器一 6、光电探测器二7上的反射 位置点的变化,每个时刻激光束一 3、激光束二4在反射面9上反射后的两条激光束中至少 有一条反射激光能够被对应的光电探测器一 6、光电探测器二7所检测,即光电探测器一 6、 光电探测器二7的长度适应激光束一 3、激光束二4反射激光束在对应光电探测器上反射位 置点的变化,该两个光电探测器上的反射激光感光长度变化远大于被测物体真实的位移大 小。处理系统能够根据两个光电探测器上激光束一 3、激光束二4反射位置的变化值来计算 被测物体位移的变化值,该传感器结构简单,适用于被测物体位移连续变化的测量,测量精 度高,其测量可靠,易于实现批量制造。
[0076] 实施例2
[0077] 如图6所示,一种新型光臂放大式高精度长度传感器的测量方法,包括如实施例1 中的新型光臂放大式高精度长度传感器,其测量方法包括以下步骤:
[0078] 步骤一、将被测物体固定在反射部件8或
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