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专利名称：一种应用于轴孔直径测量的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及先进光学设计与精密测量技术领域，特别涉及一种应用于轴孔直径测 量的光学系统。
背景技术：
随着测量技术的发展，现有技术中提出了多种应用于内径测量的光学系统，通过 这些光学系统能够实现测量，初步满足了实际应用中的需要。发明人在实现本发明的过程中，发现上述现有技术至少存在以下缺点和不足现 有技术中的测量方法不能对无法正向观察或正向成像的待测几何量进行准确的成像测量
发明内容

为了实现对无法正向观察或正向成像的待测几何量进行准确的成像测量，满足实 际应用中对内径测量的需要，本发明实施例将离轴成像技术应用到测量技术领域，提供了 一种应用于轴孔直径测量的光学系统，所述技术方案如下本发明实施例提供了一种应用于轴孔直径测量的光学系统，所述光学系统包括 待测几何量(轴孔直径变化或其它无法正向观察的几何量)、光电探测装置、基准装置、固 定调整装置、成像装置、照明装置；所述待测几何量、所述光电探测装置、所述固定调整装置、所述成像装置、所述照 明装置相对于所述基准装置对称放置；所述待测几何量与所述成像装置的光轴不垂直；所 述光电探测装置固定在所述固定调整装置上；所述成像装置沿所述固定调整装置的斜面方 向固定在所述固定调整装置上；所述照明装置沿水平面方向固定在所述固定调整装置上； 所述固定调整装置固定在所述基准装置上。所述待测几何量的平面与所述光电探测装置的平面共轭。所述成像装置和/或所述照明装置采用光学面朝下的放置方式。所述成像装置中的物镜采用3组4片的透镜。本发明实施例提供的技术方案的有益效果是通过使成像装置的光轴与待测几何量不垂直，将离轴成像技术运用到轴孔测量 中，实现了对无法正向观察或正向成像的待测几何量进行准确的成像测量，满足实际应用 中对轴孔直径测量的需要；并且通过采用离轴光学设计，解决了待测几何量某一部位成像 清楚、某一部位成像不清楚及测量精度不高等问题。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的光学系统的结构示意图；图2是本发明实施例提供的光学系统的光线追迹示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下
1-1 待测几何量；1-2 光电探测装置；1-3 基准装置；1-4固定调整装置；1_5 成 像装置；1-6:照明装置。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。为了实现对无法正向观察或正向成像的待测几何量进行准确的成像测量，满足实 际应用中对轴孔直径测量的需要，将离轴成像技术应用到本发明实施例中，本发明实施例 提供了一种应用于轴孔直径测量的光学系统，参见图1，该系统主要包括待测几何量1-1、 光电探测装置1-2、基准装置1-3、固定调整装置1-4、成像装置1-5、照明装置1-6 ；待测几何量1-1、光电探测装置1-2、固定调整装置1-4、成像装置1-5、照明装置 1-6相对于基准装置1-3对称放置；待测几何量1-1与成像装置1-5的光轴不垂直；光电探 测装置1-2固定在固定调整装置1-4上；成像装置1-5沿固定调整装置1-4的斜面方向固 定在固定调整装置1-4上；照明装置1-6沿水平面方向固定在固定调整装置1-4上，并保持 照明装置1-6的光束水平；固定调整装置1-4固定在基准装置1-3上。其中，待测几何量主要是指轴孔直径变化或其它无法正向观察的几何量。具体实现时，成像装置1-5的光轴与待测几何量1-1不垂直，使得成像装置1-5的 光轴与待测几何量1-1之间有一定的夹角，实现了对离轴成像技术的应用，该夹角的度数 和待测几何量的实际尺寸有关，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。成像装置1-5沿 固定装置1-4的斜面方向固定在固定调整装置1-4上，该斜面方向由离轴成像物镜的设计 参数决定，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。上述固定调整装置1-4用于固定待测几何量1-1、光电探测装置1-2、成像装置1_5 和照明装置1-6，该固定方式可以为卡槽固定、螺栓固定或其他的固定方式，具体实现时，本 发明实施例对此不做限制。综上所述，将离轴成像技术应用到轴孔直径测量中，解决了实际应用中不能对无 法正向观察或正向成像的待测几何量进行准确的成像测量的问题。由于待测几何量1-1与成像装置1-5的光轴不垂直，使得待测几何量1-1的不同 部位相对成像装置1-5的物距相差较大，一方面由于存在景深的影响会使待测几何量1-1 的某一部位成像清楚、某一部位成像不清楚；另一方面因待测几何量1-1的不同部位的物 距不同而导致放大率存在差别，产生透视变形，进而使得对待测几何量1-1的测量精度产 生影响。为了进一步地解决待测几何量1-1某一部位成像清楚、某一部位成像不清楚及对 测量精度产生影响的问题，本发明实施例进一步地采用了离轴光学设计，详见下文描述通过对成像装置1-5的物镜镜头的设计可以解决待测几何量1-1的某一部位成 像清楚、某一部位成像不清楚的问题，本发明实施例优选地将成像装置1-5中的物镜采用3 组4片的透镜，通过该透镜获取到了 1 3倍的物象放大率，提高了成像的质量，经过标定方法，可以进一步地提高待测几何量1-1的测量精度，具体实现时还可以采用其他组片的 透镜，本发明实施例对此不做限制。参见图2，图2中给出了成像装置1-5中的物镜采用3 组4片的透镜后得出的光线追迹示意图，通过该图可以获知待测几何量1-1被放大了 1 3倍，提高了成像质量，进一步地可以获知通过该装置提高了待测几何量的测量精度。
综上所述，通过采用上述的离轴光学设计，解决了待测几何量某一部位成像清楚、 某一部位成像不清楚的问题，并进一步提高了测量的精度。进一步地，为了解决因透视变形而产生的测量误差的问题，本发明实施例优选地 将倾斜的光电探测装置1-2的平面与倾斜的待测几何量1-1的平面共轭，从而校正了透视 变形。进一步地，为了避免在使用过程中成像装置1-5、照明装置1-6受到外界环境中的 杂质污染，例如碎屑、灰尘等杂质，本发明实施例优选地将成像装置1-5和/或照明装置 1-6采用光学面朝下的放置方式。进一步地，该光电探测装置1-2可以为CCD (Charge-coupled Device,电荷耦合器 件)、PSD (Position Sensitive Device，位置敏感器件)等器件，具体实现时还可以为其他 的器件，本发明实施例对此不做限制。进一步地，为了满足实际测量时的多种需要，具体实现时，可以采用一组或多组的 组合方式同时在多个径向方向对待测几何量1-1进行测量。进一步地，为了获得较好的测量效果，本发明实施例优选地采用了带尾纤的激光 器，并将激光器外置，具体实现时，还可以为其他的激光器，本发明实施例对此不做限制。具体实现时，光电探测装置1-2可以为光电探测器；基准装置1-3可以为中心基准 柱；固定调整装置1-4可以为调整块；成像装置1-5可以为光学探测镜头；照明装置1-6可 以为光纤准直器。具体实现时，上述装置还可以为其他相应的器件，本发明实施例对此不做 限制。本发明实施例以光电探测器、中心基准柱、调整块、光学探测镜头、光纤准直器为 例对该光学系统的主要工作方式进行说明，详细描述参见下文首先，光电探测器、中心基准柱、调整块、光学探测镜头、光纤准直器按照上述描述 的固定方式固定；其次，带尾纤的激光器射出的激光经光纤传导后经光纤准直器准直后输 出，准直后的激光照射在待测几何量上，发生反射，反射光经光学探测镜头成像，成像在光 电探测器上，光电探测器接收并输出；再次，将输出的结果连接到实际应用的电路中，进行 计算，最终获取实际的测量结果，即可以通过上述方式实现对待测几何量的精确测量。综上所述，本发明实施例提供了一种应用于轴孔直径测量的光学系统，该系统通 过将离轴成像技术应用到轴孔直径测量中，解决了实际应用中无法对正向观察或正向成像 的待测几何量进行准确成像测量的问题；通过采用离轴光学设计，解决了待测几何量某一 部位成像清楚、某一部位成像不清楚及测量精度不高的问题。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例 序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种应用于轴孔直径测量的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括待测几何量、光电探测装置、基准装置、固定调整装置、成像装置、照明装置；所述待测几何量、所述光电探测装置、所述固定调整装置、所述成像装置、所述照明装置相对于所述基准装置对称放置；所述待测几何量与所述成像装置的光轴不垂直；所述光电探测装置固定在所述固定调整装置上；所述成像装置沿所述固定调整装置的斜面方向固定在所述固定调整装置上；所述照明装置沿水平面方向固定在所述固定调整装置上；所述固定调整装置固定在所述基准装置上。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述待测几何量的平面与所述光电 探测装置的平面共轭。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述成像装置和/或所述照明装置采 用光学面朝下的放置方式。
4.根据权利要求1或3所述的光学系统，其特征在于，所述成像装置中的物镜采用3组 4片的透镜。
全文摘要
本发明公开了一种应用于轴孔直径测量的光学系统，涉及先进光学设计与精密测量技术领域，所述光学系统包括光电探测装置、基准装置、固定调整装置、成像装置、照明装置；所述光电探测装置、所述固定调整装置、所述成像装置、所述照明装置相对于所述基准装置对称放置；待测的轴孔直径的变化量与所述成像装置的光轴不垂直；所述光电探测装置固定在所述固定调整装置上；所述成像装置沿所述固定调整装置的斜面方向固定在所述固定调整装置上；所述照明装置沿水平面方向固定在所述固定调整装置上；所述固定调整装置固定在所述基准装置上。本发明实施例实现了对无法正向观察或正向成像的待测几何量进行准确的成像测量，满足对轴孔直径测量的要求。
文档编号G01B11/12GK101839697SQ20101015125
公开日2010年9月22日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者李富琳, 王仲, 谢洪波, 邾继贵 申请人:天津大学