專利名稱：光學玻璃粗糙度實時檢測裝置和方法
技術領域：
本發明涉及光學玻璃，涉及光學玻璃粗糙度實時檢測裝置和方法，特別是一種用于光學拋光機的光學玻璃粗糙度實時檢測裝置和方法。
背景技術：
在專利《一種檢測表面粗糙度的方法及裝置》(專利公開號CN1081250)中，詳細介紹了一種測量表面粗糙度的方法，該方法利用數字圖像處理技術對一場或者連續幾場的光切亮帶圖像進行邊緣檢測，得到一個取樣長度內以像素為單位的邊緣輪廓坐標點及粗糙度參數，根據定標進行單位轉換，可得到一個取樣長度內的表面粗糙度參數。使用這種方法的裝置是在光切顯微鏡基礎上通過增加圖像傳感器，圖像采集裝置，計算與控制裝置等部件制作。
該發明有一個重大的缺陷就是不能進行實時檢測，尤其對于不同加工環境，其可移植性比較差。由于必須放置在工作臺上進行檢測，可能對高精度的零件造成損害，如果工件能邊加工邊進行檢測，即進行實時無損檢測，那么就能提高工件的檢測精度也能避免對工件的傷害。
在現有技術中，實時測量工件表面粗糙度大多采用有損檢測，由于其在檢測過程中對工件造成某種程度的傷害，所以這種檢測手段對于高精度加工制造是不適合的。
發明內容
本發明目的旨在解決上述現有技術的不足，提供一種用于光學拋光機的光學玻璃粗糙度實時檢測裝置和方法，它是一種無損檢測措施，它能夠使實時檢測過程中檢測不傷害任何工件，保證較高檢測精度。
本發明的技術解決原理是利用激光的表面散射，在光學玻璃被加工的同時，不離開工作臺的情況下，通過調整激光光源發出的光束與玻璃待測表面的入射角大于或等于全反射角，將散射光同反射光自然分開，分別測量這兩束光的強度，并且轉化為電流強度，計算這兩束光激發產生的電流強度之比，以精確的計算出待測表面的表面粗糙度。
本發明的技術解決方案如下一種用于光學拋光機的光學玻璃粗糙度的實時檢測裝置，包括一臺拋光機上面放置的待加工的光學玻璃，其特征在于包括
一個導軌橫梁平行于地面固定在一支架上，該導軌橫梁上通過相配的升降螺母垂直地設有一升降螺桿，該升降螺桿能沿該導軌橫梁的導軌作水平移動和通過所述的升降螺母的調節其高度，第一光強探測器連接在所述的升降螺桿的下端，該第一個光強探測器之前設有一凸透鏡，所述的第一個光強探測器的探測面位于該凸透鏡的焦平面上；所述的凸透鏡置于待測加工光學玻璃待測加工表面的正上方；一個激光光源安裝在第一光學調整架上；由該激光光源發出一激光光束通過待加工光學玻璃到達待加工光學玻璃加工的上表面的待測量點時，與上表面法線形成的角度大于或者等于該待加工光學玻璃的全反射角，在沿著全反射光線方向放置第二光強探測器；第二光強探測器放置在第二光學調整架上；所述的第一光強探測器通過一A/D轉換器連接一計算機；第二光強探測器通過另一A/D轉換器連接所述的計算機，一個監視器同所述的計算機相連。
所述的第一光學調整架和第二光學調整架為四維光學調整架。
利用所述的光學玻璃粗糙度的實時檢測裝置測量光學玻璃粗糙度的方法，其特征在于包括下列步驟①測量前，首先確定待加工玻璃種類和待加工光學玻璃加工表面最差點的位置，即待測點的位置；②通過第一光學調整架調節激光光源發射光束的角度，使該激光光源發出的激光束射向所述的待測點，并與待測表面法線所構成的角度≥全反射角，通過第二光學調整架調節第二光強探測器的角度，使其能夠恰好接收全部反射光；③調節升降螺桿在導軌橫梁上的位置，使第一個光強探測器及所述的凸透鏡置于待測加工光學玻璃加工表面待測點的正上方，調節升降螺母，保證散射光通過所述的凸透鏡全部會聚到第一個光強探測器內；④選擇具有標準粗糙度的光學玻璃工件，在模擬加工環境的條件下進行實時測量，打開所述的激光光源、第一光強探測器、第二光強探測器和計算機，進行測量；建立粗糙度Rq與I1/I2的關系曲線，在計算機內建立相應的數據庫；⑤實際測量時，將第一光強探測器和第二光強探測器所獲得的光強I1和I2通過A/D轉換器輸入計算機計算并與相應的粗糙度Rq進行比較，就可獲得待測光學玻璃的表面粗糙度Rq，將粗糙度數值顯示在監視器上。
本發明的工作原理可以簡單表述為根據光學定律，一束光照射到物體表面，將被分為散射光和反射光，且有如下公式I1-I2I1+I2=f(M,Rq,λ)]]>式中I1表示反射光強，I2表示散射光強，f(M，Rq，λ)表示一和粗糙度Rq、λ光源波長和材料M性質有關的函數。由上述事實可知，光源波長和材料性質是已知的，兩束光的光強也可以測出，所以粗糙度Rq可以求出。為方便計算特將上式變形為I1I2=1-f(M,Rq,λ)1+f(M,Rq,λ)]]>上式可改寫為Rq=F(I1I2,M,λ)]]>其中函數映射關系F可通過實驗定標得知，對應于不同材料和光源波長，粗糙度Rq的具體表達式雖然不同，但都可以通過實驗定標求得粗糙度Rq與I1/I2的關系曲線，所以可以通過求取兩束光光強之比得到精確的粗糙度值，其精度和光強探測器精度相關，因此只要選取高精度的光強探測器，該裝置的精度是可以得到保證的。
對于表面粗糙度實時檢測，無須重復上述的結果，只要將拋光機打開，使待加工玻璃繞Z轉動，同時啟動磨盤磨削工件上表面，其監測點的位置和磨削點的位置，通過計算機計算出兩光強轉化而來的電流值之比，將結果直接轉化為粗糙度值表示在監視器上。
本發明的技術效果是1、可以在拋光機的拋光過程中，對玻璃工件進行無損檢測，通過這種檢測手段達到實時控制的目的；2、在完成必要調整和手工微調后，本裝置可以自動監測；3、可以單獨檢測光學器件某一點的粗糙度，也可以通過連接信號處理裝置，進行動態測量，這樣可以完成整個光學器件粗糙度分布的檢測；。
4、檢測結果精度高；5、本發明對拋光機實時檢測和實時控制有重大意義。
圖1為本發明光學玻璃粗糙度的實時檢測裝置最佳實施例的結構示意圖。
圖2為本發明測量點的位置關系俯視圖。
圖3為本發明裝置的部分光路圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實時例對本發明作進一步說明。
先請參閱圖1，圖1為本發明光學玻璃粗糙度的實時檢測裝置最佳實施例的結構示意圖。由圖可見，本發明用于光學拋光機的光學玻璃粗糙度的實時檢測裝置，包括一臺拋光機3上面放置的待加工的光學玻璃工件，其特征在于包括一個導軌橫梁10平行于地面固定在一支架11上，該導軌橫梁10上通過相配的升降螺母8垂直地設有一升降螺桿9，該升降螺桿9能沿該導軌橫梁10的導軌作水平移動和通過所述的升降螺母8的調節其高度，第一光強探測器6連接在所述的升降螺桿9的下端，該第一個光強探測器6之前設有一凸透鏡7，所述的第一個光強探測器6的探測面位于該凸透鏡7的焦平面上；所述的凸透鏡7置于待測加工光學玻璃待測加工表面的正上方；一個激光光源2安裝在第一光學調整架1上；由該激光光源2發出一激光光束通過待加工光學玻璃到達待加工光學玻璃加工的上表面的待測量點時，與上表面法線形成的角度大于或者等于該待加工光學玻璃的全反射角，在沿著全反射光線方向放置第二光強探測器4；第二光強探測器4放置在第二光學調整架5上；所述的第一光強探測器6通過一A/D轉換器連接一計算機13；第二光強探測器4通過另一A/D轉換器連接所述的計算機13，一個監視器12同所述的計算機13相連。所述的第一光學調整架1和第二光學調整架5為四維光學調整架。
利用本發明光學玻璃粗糙度的實時檢測裝置用于光學拋光機的光學玻璃粗糙度的實時檢測的方法，包括下列步驟①測量前，首先確定待加工玻璃種類和待加工光學玻璃加工表面最差點的位置，即待測點的位置；②通過第一光學調整架1調節激光光源2發射光束的角度，使該激光光源2發出的激光束射向所述的待測點，并與待測表面法線所構成的角度≥全反射角，通過第二光學調整架5調節第二光強探測器4的角度，使其能夠恰好接收全部反射光；③調節升降螺桿9在導軌橫梁10上的位置，使第一個光強探測器6及所述的凸透鏡7置于待測加工光學玻璃加工表面待測點的正上方，調節升降螺母8，保證散射光通過所述的凸透鏡7全部會聚到第一個光強探測器6內；④選擇具有標準粗糙度的光學玻璃工件，在模擬加工環境的條件下進行實時測量，打開所述的激光光源2、第一光強探測器6、第二光強探測器4和計算機13，進行測量；建立粗糙度Rq與I1/I2的關系曲線，在計算機13內建立相應的數據庫；⑤實際測量時，將第一光強探測器6和第二光強探測器4所獲得的光強I1和I2通過A/D轉換器輸入計算機13計算并與相應的粗糙度Rq進行比較，就可獲得待測光學玻璃的表面粗糙度Rq，將粗糙度數值顯示在監視器12上。
一旦，在計算機13內建立了相應加工環境下的粗糙度Rq與I1/I2的關系曲線的數據庫以后，再次實時測量時，就不必重復第④步。
所述的第一光學調整架(1)為四維光學調整架，調整其X，Y，Z方向的位置以及繞X軸的角度，在一般情況下，待加工玻璃與空氣的全反射角度為55～75°之間，所以只要保證激光光源2射出光線同待加工玻璃上表面之間的入射角大于80°即可。形成的光路如圖3所示。由于表面粗糙度分布同工件轉速和工件旋轉時間相關，所以必須知道拋光機3的轉速。如果待加工玻璃比較薄，則繼續調整第一光學調整架1，調整其Z方向高度，減少其Z方向高度同工件高度之差，隨后調整激光光源2繞X軸的角度，直到能夠將激光無障礙打入最差加工點，并且保證從最差加工點反射出來的光線可以從待加工玻璃側面射出。繼續調整第二光強探測器4，使其能夠接收從待加工玻璃出來的反射光。
打開計算機13，第一光強探測器6和第二光強探測器4探測到的光強直接轉化為電流強度，通過A/D轉換器，輸入計算機13，經過計算機13運算，將結果顯示在監視器12上。
對于表面粗糙度實時檢測，無須重復上述的結果，只要將拋光機3打開，使待加工玻璃繞Z轉動，同時啟動磨盤磨削工件上表面，其監測點的位置和磨削點的位置如圖2。
權利要求
1.一種用于光學拋光機的光學玻璃粗糙度的實時檢測裝置，包括一臺拋光機(3)上面放置的待加工的光學玻璃，其特征在于包括一個導軌橫梁(10)平行于地面固定在一支架(11)上，該導軌橫梁(10)上通過相配的升降螺母(8)垂直地設有一升降螺桿(9)，該升降螺桿(9)能沿該導軌橫梁(10)的導軌作水平移動和通過所述的升降螺母(8)的調節其高度，第一光強探測器(6)連接在所述的升降螺桿(9)的下端，該第一個光強探測器(6)之前設有一凸透鏡(7)，所述的第一個光強探測器(6)的探測面位于該凸透鏡(7)的焦平面上；所述的凸透鏡(7)置于待測加工光學玻璃待測加工表面的正上方；一個激光光源(2)安裝在第一光學調整架(1)上；由該激光光源(2)發出一激光光束通過待加工光學玻璃到達待加工光學玻璃加工的上表面的待測量點時，與上表面法線形成的角度大于或者等于該待加工光學玻璃的全反射角，在沿著全反射光線方向放置第二光強探測器(4)；第二光強探測器(4)放置在第二光學調整架(5)上；所述的第一光強探測器(6)通過一A/D轉換器連接一計算機(13)；第二光強探測器(4)通過另一A/D轉換器連接所述的計算機(13)，一個監視器(12)同所述的計算機(13)相連。
2.根據權利要求1所述的光學玻璃粗糙度的實時檢測裝置，其特征在于所述的第一光學調整架(1)和第二光學調整架(5)為四維光學調整架。
3.利用權利要求1所述的光學玻璃粗糙度的實時檢測裝置用于光學拋光機的光學玻璃粗糙度的實時測量的方法，其特征在于包括下列步驟①測量前，首先確定待加工玻璃種類和待加工光學玻璃加工表面最差點的位置，即待測點的位置；②通過第一光學調整架(1)調節激光光源(2)發射光束的角度，使該激光光源(2)發出的激光束射向所述的待測點，并與待測表面法線所構成的角度≥全反射角，通過第二光學調整架(5)調節第二光強探測器(4)的角度，使其能夠恰好接收全部反射光；③調節升降螺桿(9)在導軌橫梁(10)上的位置，使第一個光強探測器(6)及所述的凸透鏡(7)置于待測加工光學玻璃加工表面待測點的正上方，調節升降螺母(8)，保證散射光通過所述的凸透鏡(7)全部會聚到第一個光強探測器(6)內；④選擇具有標準粗糙度的光學玻璃工件，在模擬加工環境的條件下進行實時測量，打開所述的激光光源(2)、第一光強探測器(6)、第二光強探測器(4)和計算機(13)，進行測量；建立粗糙度Rq與I1/I2的關系曲線，在計算機(13)內建立相應的數據庫；⑤實際測量時，將第一光強探測器(6)和第二光強探測器(4)所獲得的光強I1和I2通過A/D轉換器輸入計算機(13)計算并與相應的粗糙度Rq進行比較，就可獲得待測光學玻璃的表面粗糙度Rq，將粗糙度數值顯示在監視器(12)上。
全文摘要
一種用于光學拋光機的光學玻璃粗糙度實時檢測裝置和方法，本發明是利用激光的表面散射原理，在光學玻璃被加工的同時，不離開工作臺的情況下，通過調整激光光源發出的光束與玻璃待測表面的入射角大于或等于全反射角，將散射光同反射光自然分開，分別測量這兩束光的強度，并且轉化為電流強度，計算這兩束光激發產生的電流強度之比，以精確的計算出待測表面的表面粗糙度。本發明是一種無損檢測措施，它能夠實現環拋機實時地進行無損監測，檢測不傷害任何工件，保證具有較高檢測精度。
文檔編號G01B11/30GK1945205SQ200610117160
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月16日 優先權日2006年10月16日
發明者程驊, 沈衛星 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所