[发明专利]激光扫描式外径检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电检测技术，更具体地说，涉及一种激光扫描式外径检测装置。 

背景技术

光电检测技术是应用最为广泛的非接触测量技术，它建立在光、机、电一体化技术基础上，所涉及的基础理论和工程技术内容十分广泛，是计量检测技术的一个重要发展方向，并在测量领域得到了广泛的应用。例如在生产中对各种线材、管材、棒材甚至各种零件、元器件的外形尺寸进行非接触在线测量和控制。 

目前常见的激光检测装置，其光学系统中的透镜通常采用普通透镜或线性透镜（F(θ)复合透镜）。 

普通透镜的基本结构示意图如图1A和图1B所示，其中图1A为正视图、图1B为侧视图。普通透镜10结构较简单，它的像高H和反射光与透镜光轴的夹角θ之间的关系为： 

H=f*tanθ， 

其中f为透镜焦距。也就是说，H和θ不成线性关系，而且反射光的扫描线速度越偏离透镜光轴其误差越大。 

F(θ)复合透镜的基本结构示意图如图2所示，图2为侧视图。F(θ)复合透镜20的像高H和反射光与透镜光轴的夹角θ之间的关系为： 

H=f*θ， 

也就是说，H和θ成线性关系。因而F(θ)复合透镜可解决扫描线速度存在的误差。但由于F(θ)复合透镜是多片复合组成，结构复杂，制造大尺寸透镜的造价较高。 

目前，在玻璃管拉制等行业所生产的激光检测装置，其每种型号能够测量 的范围非常有限。例如采用外径为30mm镜头的激光扫描式外径检测装置，其测量范围约1mm-20mm；用外径为60mm镜头的检测装置，其测量范围约1mm-50mm。如果测量的产品外径超过镜头的有效尺寸，那么就需改用更大尺寸的光学镜头或者采用多光路法的多个小镜头组合来测量。在这种情况下使用结构复杂、造价高的F(θ)复合透镜是难以承受的。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种激光扫描式外径检测装置，它包含一个单片的柱面透镜，该柱面透镜仍具有F(θ)复合透镜的特性。 

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种激光扫描式外径检测装置，包括光点平行恒速扫描器、聚光透镜和光电探测器，该光点平行恒速扫描器射出平行的激光光点对被测物进行均速扫描，该聚光透镜把扫描的激光光束会聚到该光电探测器。该光点平行恒速扫描器包括至少一路单片的柱面透镜、棱镜和激光器。每一路该柱面透镜具有相对的第一表面和第二表面，该第一表面为曲面，该第二表面为平面，其中该第一表面的曲率被设计成使该柱面透镜的成像高和反射光与透镜光轴的夹角之间具有线性关系。该棱镜被一电机恒速驱动而转动。该激光器发出的激光束入射到该棱镜，且经该棱镜反射到该柱面透镜，其中该激光束在该棱镜的入射点位于该柱面透镜的焦点，从而使得射出该柱面透镜的光束为与时间成线性关系并且平行于该柱面棱镜的光轴的平行光束。 

在本发明的一实施例中，该柱面透镜的正投影为矩形。 

在本发明的一实施例中，激光扫描式外径检测装置包括一路该柱面透镜，该柱面透镜对准该棱镜。 

在本发明的一实施例中，激光扫描式外径检测装置包括两路该柱面透镜，对称分布于该棱镜的前方两侧，每路该柱面透镜经一反射镜接收来自该棱镜的反射光。 

在本发明的一实施例中，一路该柱面透镜的扫描范围是0～100mm。 

在本发明的一实施例中，两路该柱面透镜的扫描范围上限达到500mm。 

在本发明的一实施例中，激光扫描式外径检测装置还包括一聚光缩束透镜， 设于该激光器与该棱镜之间。 

本发明的还提出一种柱面透镜，为单片透镜，该柱面透镜具有相对的第一表面和第二表面，该第一表面为曲面，该第二表面为平面，其中该第一表面的曲率被设计成使该柱面透镜的成像高和反射光与透镜光轴的夹角之间具有线性关系。 

与现有技术相比，本发明采用柱面透镜的激光扫描测径装置减少了透镜的使用片数，能够非常明显地简化镜头的光学设计以及机械结构设计，减小了它的体积和重量。 

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中： 

图1A示出一种普通透镜的正视图。 

图1B示出一种普通透镜的侧视图。 

图2示出一种F(θ)复合透镜的侧视图。 

图3A示出本发明一实施例的柱面透镜的正视图。 

图3B示出本发明一实施例的柱面透镜的侧视图。