非接触式测量镜片中厚和矢高的装置及方法与流程

1.本发明涉及一种非接触式测量镜片中厚和矢高的装置及方法。


背景技术：

2.现有技术中，测量镜片中厚(即中心厚度)和矢高的方法是：先将镜片平放在千分表的大理石基座上面，镜片底面接触大理石平台，使用千分表接触镜片上凸面顶点(目视的顶点)测量，得到镜片的总厚；再将镜片倒置放在大理石基座上面，镜片上凸面顶点接触大理石平台，使用千分表接触镜片下凹面顶点(目视的顶点)测量，得到镜片的中厚；矢高由总厚减去中厚得出。该方法有以下问题或缺点：1.两次测量位置都是目视顶点，缺少准确性，不同人员测量得到的数据存在较大差异，测量不稳定，受人员影响较大；2.接触式测量(千分表接触镜片上下顶点)和镜片倒置(上凸面接触大理石台面)存在对镜片表面造成划伤的风险；3.操作不方便，效率比较低。
3.市场上现有使用白光共焦原理的设备，例如专利cn104613881a公开的测量装置，其利用光谱仪可以将对镜片中厚进行非接触式的测量，但是该装置无法同时测量镜片矢高，还需要借助于其他设备单独完成矢高的测量。因此这样分别测量的方式缺少准确性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种能够同时测量镜片中厚和矢高的非接触式测量镜片中厚和矢高的装置及方法。
5.为实现上述发明目的，本发明提供一种非接触式测量镜片中厚和矢高的装置及方法，装置包括xy平移台、第一、第二z平移台、俯仰平台、转接平台、载物板以及位移计，所述位移计包括同轴设置的第一、第二探头，所述载物板位于两探头之间，还包括测微计。
6.根据本发明的一个方面，所述载物板设置在所述转接平台上，所述转接平台设置在所述xy平移台上；
7.所述xy平移台设置在所述俯仰平台上，所述俯仰平台设置在所述第二z平移台上；
8.第一探头设置在所述第一z平移台上。
9.根据本发明的一个方面，所述位移计为白光共焦位移计，其中各探头还包括各自的调节模块。
10.根据本发明的一个方面，还包括定心工装，其设置在所述载物板上。
11.根据本发明的一个方面，还包括支承柱，所述第一、第二z平移台、第二探头和测微计固定在所述支承柱上。
12.非接触式测量镜片中厚和矢高的方法，包括以下步骤：
13.a、在载物板上放置标准片，对测微计和第一、第二探头进行零点标定；
14.b、将标准片替换为被测镜片，移动载物板至第二探头的读数零点位置，记录载物板的移动距离y；
15.c、平移载物板至镜片凸面和凹面顶点位于第一、第二探头的轴线上，记录第一、第
二探头的读数y1和y2；
16.d、利用标准片的厚度d以及第一、第二探头的读数y1和y2计算镜片中厚；
17.e、利用载物板的移动距离y和第二探头的读数y2计算镜片矢高。
18.根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，将载物板和第一探头先后移动至标定位置，使测微计的探针抵在载物板上，随后使测微计和第一、第二探头的读数清零。
19.根据本发明的一个方面，所述步骤(d)中计算镜片中厚a的公式为：a＝d y1 y2；
20.所述步骤(e)中计算镜片矢高b的公式为：b＝y y2。
21.根据本发明的一个方面，所述步骤(d)中计算镜片中厚a的公式为：a＝d-y1-y2；
22.所述步骤(e)中计算镜片矢高b的公式为：b＝y-y2。
23.根据本发明的构思，设置能够测量载物板的移动距离的测微计。如此，在将标准片更换为镜片后，载物板下移找准第二探头零点时，测微计能够测得载物板的距离。这一距离即为镜片低于标定零点的下限的部分高度，便于其与第二探头找到镜片凹面顶点后的读数配合即可计算出镜片矢高。由此，本发明通过额外设置的测微计所测出的参数，与测量镜片中厚所需的参数结合即可算出矢高，以实现同时测量中厚和矢高的目的，以此消除分别测量带来的误差。
24.根据本发明的一个方案，使得整套装置的轴线与竖直方向倾斜或呈竖直，这样，配合定心工装的设计可以使得镜片或标准片依靠自身重力定位在载物板上，从而避免了人为放置的测量误差，提高效率及测量准确性。
附图说明
25.图1示意性表示本发明的一种实施方式的非接触式测量镜片中厚和矢高的装置的结构图；
26.图2示意性表示本发明的一种实施方式的定心工装的安装示意图；
27.图3示意性表示利用本发明的一种实施方式的装置进行标定的流程示意图；
28.图4示意性表示利用本发明的一种实施方式的装置进行测量的流程示意图；
29.图5示意性表示利用本发明的一种实施方式的装置进行测量时各测量参数示意图。
具体实施方式
30.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
32.下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘
述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
33.参见图1，本发明的非接触式测量镜片中厚和矢高的装置，包括xy平移台1、第一z平移台2、第二z平移台3、俯仰平台4、转接平台5、载物板6以及位移计7。位移计7包括同轴设置的第一探头8和第二探头9，其中的载物板6位于两探头之间，这样使得被测的镜片也能够位于两探头之间。根据本发明的构思，还包括用于测量载物板6沿第一探头8和第二探头9轴线(即z轴方向)的移动参数的测微计10。本实施方式中，该参数为载物板6的距离y，如此可以根据镜片矢高的定义，配合第二z平移台3的检测结果计算得到镜片矢高。使得本发明能够同时测量出镜片中厚和矢高，从而提高测量的准确性和效率，以及操作的方便程度。
34.继续参见图1，本发明中，位移计7为白光共焦位移计，其能够在不接触镜片的情况下完成测量工作。另外，由图可知，测微计10的测量方式为使其探针抵在载物板6上，即可测出载物板6的移动距离，因此其也不接触镜片。由此可见，本发明实现了非接触式的测量，从而避免了对镜片造成划伤。本发明的装置中，转接平台5用于实现载物板6与xy平移台1连接。因此，载物板6固定设置在转接平台5上，而转接平台5设置在xy平移台1上。载物板6可以为玻璃板。俯仰平台4的作用在于调整载物板6的姿态，使其垂直于位移计7的两探头轴线。具体的，xy平移台1设置在俯仰平台4上。而俯仰平台4侧面连接在第二z平移台3上，这也使得第二z平移台3的运动能够带动载物板6沿着两探头轴线移动。位移计7的第一探头8设置在第一z平移台2上，从而被z平移台驱动沿着其自身轴线运动。如此，上述设置使得载物板6可以做x、y、z、俯仰和测滚这样5维调节，从而完成与两探头的对齐和测量时的移动。后续用来辅助标定的标准片以及被测镜片均放置在载物板6上，为了使载物板6上的物体位置放置准确，如图2所示，本发明还在载物板6上设置了定心工装14，从而将物体放置在载物板6上后可自动对心。本发明的定心工装14大致为矩形平板，其一侧长边设有定位豁口14a，镜片可以卡在其中完成定位。基于本发明的装置的使用方式，定心工装14不仅要完成镜片的对心，还要完成标定所用的标准片的对心。而标准片和镜片的形状不同，标准片一般为矩形，镜片一般为圆形。基于此，本发明的定心工装14的定位豁口14a整体为矩形，用于对标准片定位；而豁口的两侧外边缘向着相反的方向倾斜形成斜面，用于对镜片定位。
35.如图1所示，本发明的装置还包括支承柱11，第一z平移台2、第二z平移台3、第二探头9和测微计10固定在支承柱11上。由此，支承柱11构成了本发明的装置的主体支撑结构。本发明中，利用镜片自身重力使其定位，从而可避免因人为放置带来的测量误差。在本实施方式中，使第一探头8和第二探头9的轴线与竖直方向呈一定夹角(如15
°
等)。这样，均依照于这两个探头的轴线布置的其余部件也整体倾斜，使得载物板6上的镜片(或标准片)可以利用其自身重力定位。在本实施方式中，用于实现倾斜的方式为将支承柱11用于安装各个部件的面设为斜面，这样，在各个部件安装到其上后自然整体呈倾斜状态。当然，在其他实施方式，也可通过其他方式实现，或者，两探头轴线也可为竖直，放置镜片(或标准片)时将其推至指定位置即可。另外，位移计7还包括用于调整两个探头姿态和位置的第一调节模块12和第二调节模块13，从而使得两探头的轴线对齐。本发明中，调节模块可以带动探头做俯仰、侧滚以及xy平移这样4个维度的调节。由于有调节模块的设置，也使得探头本身并不直接与z平移台或支承柱11连接。
36.参见图3，利用如上述设置的装置完成的测量镜片中厚和矢高的方法中，首先利用标准片完成位移计7中的两个探头以及侧微计10的零点标定。具体的，先在载物板6上放置
标准片，随后将载物板6和第一探头8先后移动至标定位置，使测微计10的探针抵在载物板6上(未设置载物板6也可抵在转接平台5上)，此时，使测微计10和第一探头8、第二探头9的读数清零，完成零点标定。
37.参见图4，按照上述步骤完成零点标定后即可将标准片更换为被测镜片，开始对镜片的测量。由于镜片的结构与标准片不同，本发明的标准片为标准的立方体结构，因此其底面为平面，而镜片的底部则为凹面。因此，更换为镜片后，位于下方的第二探头9的读数并非是零，还需要将载物板6垂直下移至第二探头9的读数为零位置。本发明上述所称的垂直下移仅仅为针对于图4所示方向，在实际中，此步骤应为载物板6沿着两探头的轴线向着第二探头9移动。由于测微计10的探针在载物板6的移动过程中一直抵靠在其上，因此载物板6的下移也会使得测微计的探针跟随其伸长，而探针的伸长量即为载物板6的下移距离，此时，应记录此移动距离。当然，测微计10的读数并不区分方向，因此y始终为标量(正数)。
38.继续参见图4，由于镜片与标准件的形状差异导致镜片在放置在载物板6上以后其中心并不在探头轴线上，因此需要操作xy平移台1使得载物板6在图4中水平移动，从而使得镜片凸面和凹面顶点位于两探头的轴线上。具体的，由于探头的读数体现了被测物体与其的距离，而镜片凸面和凹面的顶点均为读数的极限，因此可通过两探头的读数来移动载物板6。这种可视化的方式已经极大地消除了人为目测误差的影响。在找到镜片两顶点之后，可记录此时的第一探头8和第二探头9的读数y1和y2。由于两个探头均为位移计7的探头，因此其读数包含方向，即在后续计算中也通过正负号区分此方向。一般认为，向着远离探头的方向移动则符号为负，反之则为正(或者也可理解为：远离标定位置为正，靠近标定位置为负，标定位置为0)。应用到本发明中，则可认为镜片在标定位置的两顶点位于标准片的上下限的内侧则为负，反之则为正。
39.参见图5，上述测量已获得用于计算镜片中厚和矢高的所有参数，随后可进行相应运算从而得到这两个目标值。具体的，计算镜片中厚需要用到标准片的厚度以及两探头的读数。标准片为事先选取的标准件，因此其厚度d为已知。本发明中，两探头的读数绝对值实际上为镜片两顶点距离相应探头读数零点的距离。这两个顶点的距离即为镜片中厚，而两探头的读数则为镜片中厚与标准片厚度的差异。因此，镜片中厚的计算是以标准片的厚度为基础进行的，具体计算中厚a的公式为：a＝d y1 y2。而由上述描述可知，若如图5所示，镜片顶点位于两探头零点位置线以内，则y1或y2应为负数，反之则为正数。由此也可知，标准片的厚度应与镜片中厚类似，从而避免第一探头8的标定位置过低而与被测镜片发生干涉。综合上述分析可知，第二探头9的读数的绝对值实际上为镜片凹面顶点与第二探头9零点位置的距离。因此，将此距离与载物板6的下移距离求和即可得到镜片的矢高，进而使得镜片矢高b的计算公式为：b＝y y2。如此，本发明利用装置中额外设置的测微计10测出的载物板6的移动距离和测量中厚时第二探头9测得的读数配合即可得到镜片矢高。由于y1和y2均利用正负号区别方向，因此上述公式也可以变为a＝d-y1-y2，相对应的b＝y-y2。这样，利用本发明即可完成中厚和矢高的同时测量，从而避免了分开测量造成的不准确。
40.以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。