基于共焦法的透镜厚度测量系统设计(1)

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1、第32卷第7期仪器仪表学报V01．32No．72011年7月ChineseJournalofScientificInstrumentJu1．2011基于共焦法的透镜厚度测量系统设计乔杨，张宁，徐熙平，刘涛(长春理工大学光电工程学院长春130022)摘要：研究通过分析共焦法检测透镜厚度的原理，并结合实际，给出了共焦光学系统的设计指标及要求，据此设计了一套共焦光学系统，结合光纤、耦合器、光谱仪等设备构成了基于共焦原理的透镜厚度测量系统。文中分析了本共焦光学系统的公差，分析结果表明，所给公差相对较宽松，整

2、个光学系统设计合理，且在此公差下，本光学系统仍能清晰成像。本系统的测量范围至少为15mm，可以有较广泛的应用。对于普通的K9玻璃，本检测系统的测量范围可达23．4ITlm，测量精度为1m。关键词：透镜厚度测量；共焦法；光学系统设计中图分类号：TH741文献标识码：A国家标准学科分类代码：470．40DesignoflensthicknessmeasurementsystembasedonconfocaltechnologyQiaoYang，ZhangNing，XuXiping，LiuTao(Scho

3、olofOpticalEngineering，ChangchunUniversityofScienceandTechnology，Changchun，130022，China)Abstract：Theprincipleoflensthicknessmeasurementbaseonconfocaltechnologyisanalyzed．Basedonpracticalapplication，thedesignspecificationsandrequirementsofconfocaloptica

4、lsystemaregiven，andaconfocalopticalsystemhasbeendesigned．Combingthisopticalsystemwithopticalfiber，couplerandspectrometer，alensthicknessmeasurementsystembasedonconfocaltechnologyhasbeencompleted．Inthispaper，thetoleranceofthisconfocalopticalsystemisanaly

5、zed．Analysisresultsshowthatthetoleranceisrelativelyloose，andunderthistolerancetheopticalsystemstillhavegoodimagequality，whichindicatesthattheopticalsystemisrationallydesigned．Themeas-uringrangeofthissystemisatleast15mm，whichmeansthatthissystemcouldbewi

6、delyused．ForcommonlyusedK9material，themeasuringrangeofthissystemisabout23．4mmwiththeaccuracyof1Ixm．Keywords：lensthicknessmeasurement；confocaltechnology；opticalsystemdesign上。本文提出一种基于共焦法透镜厚度测量系统，利1引言用光学技术，实现对透镜厚度快速，非接触，高精度的检测。透镜测厚技术可分为接触式和非接触式两种，接触式测量方法普

7、遍存在的缺点是：1)工件可能被划伤，破2检测原理坏了表面光洁度；2)测头与工件频繁接接触，也会磨损而影响检测精度。这种方法不适用于大批量的快速自动本系统是通过分析反射回光源的光的波长，来确定检测系统。非接触式测量常有气动喷嘴式和电容测量微检测件的厚度，系统原理图如图1所示。选用光强很高式等方法。利用气动喷嘴测头自动检测精度较高，但响的卤素灯(最大照度6×10lx)作为光源。利用光纤及耦应慢、检测周期长，效率低。用电容测头自动检测，效率合器传输，光纤的末端是一个反射式的探头，以接收通过高，但现有的平行

8、平板式电容测头不能用在透镜测厚被测件反射回来的光。本系统的核心是共焦光学系收稿日期：2010．12ReceivedDate：2010-121636仪器仪表学报第32卷统，其作用是将入射的白光按波长会聚在光轴上，同时产0．2mln作为视场，600nnl、750nln、900nnl作为设计波生强烈的轴向色差。不同波长的光会聚在光轴的不同位长，在ZEMAX中通过Multi—Configuration功能按照这3置处，最短波长的焦点与最长波长的焦点之间的距离即个设计波长设定三