测量镜面反射表面的相对位置的装置制造方法及图纸

提供了一种用于测量对象的镜面反射面沿测量线的相对位置的装置，包括：光源，所述光源产生会聚于所述测量线上的标称位置处的至少一个光束，并形成来自所述镜面反射面的反射光束；光检测器，所述光检测器在检测器平面处记录所述反射光束的图像；以及数据分析仪，所述数据分析仪从所述光检测器接收记录、处理并分析所述记录以确定所述反射光束的图像在所述检测器平面中的位置、以及将所述位置转换成所述镜面反射面沿所述测量线离所述标称位置的位移。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及到表面的距离的测量。具体而言，本技术涉及通过三角测量来 测量到镜面反射表面的距离的装置。背景三角测量计用于测量到对象表面的距离，尤其是在不希望用诸如探头之类的物 理装置接触感兴趣的表面的情况下。诸如此类的情况例如可以是具有原始表面的通过熔 融形成的玻璃板，在该情况下期望保持表面的原始质量。这样的玻璃表面对可见光起镜 面的作用。在玻璃制造中，到表面的距离的测量例如可用来找出玻璃表面位置，以使玻 璃表面上的一点进入检查或处理设备的焦点。在本公开内容中，术语“测量线”指的是与位移测量装置相关联的直线，受测 面沿该直线的位移被定义为测量线与受测面相交的点的相对位置。术语“测量方向”指 的是测量线的方向。术语“角度容限”指的是不论受测表面与标称取向的倾斜(在某个 角度范围内)如何，位移计沿测量线产生位移值的能力。换言之，由某个角度范围内的 表面倾斜引起的绝对测量误差不会超过对给定装置规定的测量误差。术语“标称位置” 和“标称倾斜”分别指的是优选受测表面位置和倾斜。标称位置和标称倾斜的具体定义 取决于测量方法，且将在以下给出。图1示出了光学三角测量计如何在漫反射面的情况下工作(例如参见专利公开 No.JP2001050711(A) (Koji, 2001))。来自光源12 (通常为激光二极管)的输入光线10 通过投影透镜14投射到漫反射面16的位置13处。由输入光线10提供的光在表面16的 光斑11处沿多个方向散射，其中标识为反射光线18的散射光的一部分通过物镜20到达 检测器22。物镜20可在检测器22上的位置17处形成光斑11的图像。设16'表示位 置13'处的表面16。然后，输入光线10在表面16'处提供光斑11'。光斑11'处的 光沿多个方向散射，其中标识为反射光线18'的散射光的一部分通过物镜20到达检测器 22。物镜20可在检测器22上的位置17'处形成光斑11'的图像。一般而言，图像在 检测器22上的位置取决于表面16沿输入光线10的方向的位置。如果表面16从位置13 移至13'，则光斑在检测器22上的相应图像的位置将从17移至17'。因此，如果输入 光线10的方向被选择为测量方向，则图像在检测器22上的位置与表面16沿输入光线10 的方向的位置之间的对应性得以良好定义。在图1中给出的示例中，沿输入光线10的直 线是测量线。校准程序可用于建立转换函数，用于获得表面16沿测量线的位置值，该位置值 为反射光线18在检测器22上的图像位置的函数。对于漫反射面16，如果漫射角宽到足以提供反射光的充足部分通过物镜20并被检测器22检测到，则图像在检测器22上的位 置对表面16相对于入射光线10的倾斜不敏感。这意味着，输入光线10可在测量方向与 表面法线之间的相对宽泛范围角度内入射在表面16上，以提供被物镜20所接收的反射光 的充足部分以在检测器22上形成图像，从而使该装置可靠地用于在相对大的表面倾角下 测量到漫反射面的距离。在该情况下，标称表面位置可定义为提供最高位移测量准确度 的受测表面在工作位置范围内的位置。标称倾斜可定义为使检测器所接收的光的量最大 化的受测表面相对于位移计的倾斜。专利申请公开No.JP2001050711(A) (Koji，2001)和以上描述的原理可限制性地应用于镜面反射面。参照图2，考虑位置25处的镜面反射面24。设24'表示位置25' 处的镜面反射面24。此外，设24"表示位置25"处的镜面反射面24。按照原理，对于 镜面反射面，光相对于表面法线的反射角值等于入射角值。利用位置25处的镜面反射面 24作为示例，入射光10与表面法线26之间的角β ο等于反射光28与表面法线26之间的 角 ^。镜面反射面24'的法线26'平行于镜面反射面24的法线26。因此，入射光10 和反射光线28'的方向也与镜面反射面24的法线26'分别成角度Pci和为测量到 平行表面24、24'的距离，这些表面的法线(例如法线26或26')可选择为测量方向。 在该情况下，表面24的倾斜是标称倾斜。还假定受测表面基本平坦，因为反射光线未携 带发生反射的镜面的点的信息。在该情况下，表面24、24'沿测量方向的位置可通过测 量点29、29'的位置来确定，在检测器22上在点29、29'处分别接收来自表面24、24' 的反射光线28、28'。应当提供将检测器22上的位置与受测表面沿测量方向的位置相关 联的转换函数，以获得测量结果即受测表面位移。上述转换函数基于将受测表面的法线选为测量方向26且将表面24的取向选为 标称倾斜。该转换函数对于与标称倾斜不平行的镜面反射面(诸如位置25"处的倾斜 表面24")将不产生沿测量方向26的正确距离测量值。对于相对于位置25倾斜的表 面，例如表面24"，例如光线28"的反射光线照射检测器22的位置将取决于表面法线 相对于测量方向的倾斜以及沿选定测量方向的位置。因此，需要与表面法线相对于测 量方向的倾斜以及反射光线在检测器上的位置二者有关的信息来无二义性地确定倾斜镜 面反射面沿测量方向的位置。使镜面反射面的三角测量困难的根本原因是镜面反射面 不能被直接观测——仅周围情形的反射可见或可由光接收装置检测到。专利申请公开 No.JP2001050711(A) (Koji, 2001)中描述的原理将仅允许对标称倾斜处的基本平行表面 或相对于标称倾斜仅在某个窄表面倾斜范围内稍微倾斜的表面进行沿测量方向的表面位 移测量，其中测量方向垂直于这些表面。换言之，该方法具有窄的角度容限。
技术实现思路
本技术的若干方面将在本文中公开。应当理解这些方面可能或可能不彼此 重叠。因此，一个方面的一部分可能落在另一方面的范围内，反之亦然。各个方面通过多个实施例示出，这多个实施例又可包括一个或多个特定实施 例。应当理解这些实施例可能或可能不彼此重叠。因此，一个实施例的一部分或其特定 实施例可能或可能不落在另一实施例或其特定实施例的范围内，反之亦然。要解决的问题是如何通过三角测量来测量到镜面的距离，同时获得相对宽的表面倾角容限范围。在本技术的第一方面中，提供了一种用于测量物体的镜面反射面沿测量线 的相对位置的装置。该装置包括光源，该光源产生会聚在测量线上的标称位置处的至少 一个光束，并形成来自镜面反射面的反射光束。该装置包括在检测器平面处记录反射光 束的图像的光检测器。该装置包括数据分析仪，该数据分析仪从光检测器接收记录、处 理并分析该记录以确定反射光束的图像在检测器平面中的位置、以及将该位置转换成镜 面反射面沿测量线离标称位置的位移。上述装置还包括成像透镜，其中所述成像透镜和所述检测器平面定位和取向成 使所述成像透镜将所述测量线聚焦在所述检测器平面上。在上述装置中，所述成像透镜是物镜或移轴镜。在上述装置中，所述光源适于产生会聚于标称位置的多个光束。测量镜面反射面沿给定测量方向离标称位置的位移的问题已得到解决。对于特 定工作倾斜范围内的倾角，在特定准确度内的测量结果与受测表面的倾斜无关。这样的 测量允许例如检查或处理设备在可相对于检查或处理设备的光轴倾斜的表面的所需区域 上的聚焦。该镜面反射面的位移测量可用于准确跟踪该表面的位置，以例如实现涉及镜 面反射面的诸如检查、处理、修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量对象的镜面反射面沿测量线的相对位置的装置，包括：光源，所述光源产生会聚于所述测量线上的标称位置处的至少一个光束，并形成来自所述镜面反射面的反射光束；光检测器，所述光检测器在检测器平面处记录所述反射光束的图像；以及数据分析仪，所述数据分析仪从所述光检测器接收记录、处理并分析所述记录以确定所述反射光束的图像在所述检测器平面中的位置、以及将所述位置转换成所述镜面反射面沿所述测量线离所述标称位置的位移。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S波塔彭科，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：US[美国]