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位移传感器测量透明材料厚度的应用

发布时间:2021-11-03 浏览:36次 责任编辑:立仪科技

    光谱共焦位移传感器用于测量透明材料平行平板厚度的可行性,对其产生的误差进行了详细的分析,并给出了相应的补偿方法。


    目前,非接触式的精密测量位移装置有共焦位移传感器,激光三角反射式位移传感器、电容式传感器、电感式传感器等。它们具有适应性强、速度快、精度高等特点,适用于检测各种回转体、箱体零件的尺寸和形位误差。并且可以与快速反馈跟踪系统配合使用,能够准确快速地测出表面的形状与轮廓。它们克服了接触式检测的诸多缺点,既提高了检测速度,又保护了被测工件表面免受划伤及防止传感器变形。

    光谱共焦传感器是采用复色光为光源的传感器,其测量精度能够达到微米量级,可用于对漫反射或镜反射被测物体的测量。此外,光谱共焦位移传感器还可以对透明物体进行单向厚度测量,光源和接收光镜为同轴结构,有效地避免了光路遮挡,并使传感器适于测量直径4.5mm以上的孔及凹槽的内部结构。


    但是,光谱共焦位移传感器在测量透明物体的位移时,由于被测物体的上、下两个表面都会反射,而传感器接收到的位移信号是通过其上表面计算出来的,从而会引起一定的误差。本文基于测量平行平板的位移,对其进行了误差分析。


    正是基于这种独特的原理,使得光谱共焦位移传感器在位移测量上拥有高精度,不论是单层透明物体还是多层透明物体,除了能够测量该物体位移,还可以测量其厚度。如薄玻璃片,平行平板等。平行平板的前后表面都会反射特定波长的光,在单色仪上获得的是出现两个峰值的光谱曲线,通过这两个峰值可以推算出玻璃的厚度。


    光谱共焦位移传感器的误差分析


    光谱共焦位移传感器可以精确测量物体的位移,但在测量透明物体的厚度时,由于透明材料的折射率不同将产生不同的误差。其误差分析如下:


    白光入射到一个折射率为n、厚度为D1的平面平行板。光线需要满足如下条件:如果没有平面平行板,则该光线会与光轴交于点A0,如果有平面平行板,光线会与光轴交于A1点。波长为λ1、λ2的单色光通过一定的的入射角入射到平行平板。


    在进行平行平板位移测量时,其初始位置为平行平板的上表面,此时传感器接收到的为波长为λ1、λ2的单色光信号,移动后平行平板到达距其下表面D2的位置时,传感器接收到的是仍包含λ2的信号。


    由于材料的折射率以及色散系数均已经求出,就可以计算出该光谱共焦传感器的测量误差。其误差范围大约在0.005mm左右。


    光谱共焦位移传感器具有很多方面的应用,尤其测量透明物体的厚面方面有独特的优势,而且可以通过补偿的方法实现较高的分辨率。