一种SPAD阵列光学卡尺的制作方法

一种spad阵列光学卡尺
技术领域
1.本实用新型涉及精度测量领域，尤其涉及一种spad阵列光学卡尺。


背景技术：

2.游标卡尺是一种常见测量长度，内外径和深度的量具，一般由主尺和附在主尺上能滑动的游标副尺两部分构成。
3.相关技术中，容栅感栅式数字显示式卡尺利用容栅和感栅测量系统针对副尺对于主尺移动引起的电容值和电感值变化，进行相应计算转换得到对应的距离值并在屏幕上显示测量结果。这一种类型卡尺读数非常直观，但是稳定性比较差，特别容易受到温度和湿度等因素影响从而造成测量精度上的误差。并且，市面上基本的数字显示式卡尺都需要设置开关控制测量系统的开启与闭合，容易因工作人员失误导致卡尺测量结束未关闭，长此以往，严重影响游标卡尺的使用寿命。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种spad阵列光学卡尺，通过光学测量提高游标卡尺的测量精度，同时除去手动控制开关，利用卡尺测量爪之间位置变化控制游标卡尺的开关，延长游标卡尺的使用寿命。
6.为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种spad阵列光学卡尺，包括主尺、游标副尺和光电控制单元，其中：
7.所述主尺的一端设置有第一测量爪；
8.所述游标副尺滑动设置在所述主尺上，且靠近所述第一测量爪的一端设置有第二测量爪；
9.所述光电控制单元设置在所述游标副尺上，包括测量模块和控制模块，所述控制模块连接所述测量模块，当所述第二测量爪和所述第一测量爪的位置发生变化时，所述控制模块控制所述测量模块对所述主尺的纹理聚焦成像并计算位移，以完成光学卡尺的测量。
10.进一步的，所述测量模块包括稳定光源、图像接收传感器和聚焦接收透镜，所述稳定光源和所述图像接收传感器设置在电路板上并朝向所述主尺表面，所述聚焦接收透镜设置在所述电路板的正下方，将所述主尺上被照亮的纹理聚焦成像并传递信号至所述图像接收传感器中。
11.进一步的，所述控制模块连接所述稳定光源，控制所述稳定光源的打开与闭合。
12.进一步的，所述稳定光源设置有两个，两个所述稳定光源沿所述聚焦接收透镜的中垂线对称设置。
13.进一步的，所述稳定光源采用激光led光源或其他发光元器件。
14.进一步的，所述图像接收传感器采用spad阵列图像传感器。
15.进一步的，所述spad阵列图像传感器包括接收器件和单片机，通过计算接收器件上面成像后特征的位移传递给单片机，进而计算出卡尺测量的尺寸。
16.进一步的，所述聚焦接收透镜采用凸透镜、凹透镜、平面镜或全反射透镜。
17.进一步的，所述聚焦接收透镜为两个上下对称设置的凸透镜。
18.进一步的，还包括显示器，所述显示器设置在所述游标副尺上，并连接所述光电控制单元，将所述光电控制单元测量的尺寸通过显示器显示。
19.本实用新型的有益效果为：本实用新型通过设置控制模块连接测量模块，当第二测量爪和第一测量爪的位置发生变化时，控制模块控制测量模块对主尺的纹理聚焦成像并计算位移，以完成光学卡尺的测量，同时没有外部开关控制，游标卡尺自动控制开合，延长其使用寿命。与现有技术相比，本实用新型精度大幅提高到微米级别，不再受到外界环境变化影响，稳定性能明显提升，同时游标卡尺自动控制开合，延长内部元器件的使用寿命。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
21.图1为本实用新型实施例中spad阵列光学卡尺的结构示意图；
22.图2为本实用新型实施例中spad阵列光学卡尺的剖视结构图；
23.图3为图2中a处的局部放大图；
24.图4为图2中b处的局部放大图；
25.图5为本实用新型实施例中图像接收传感器的结构示意图；
26.图6为本实用新型实施例中图像接收传感器另一个面的结构示意图。
27.附图标记：10、主尺；11、第一测量爪；20、游标副尺；21、第二测量爪；30、光电控制单元；31、测量模块；311、稳定光源；312、图像接收传感器；3121、接收器件；3122、单片机；313、聚焦接收透镜；314、电路板；32、控制模块；40、显示器。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或
多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.如图1~6所示的一种spad阵列光学卡尺，包括主尺10、游标副尺20和光电控制单元30，其中：
32.所述主尺10的一端设置有第一测量爪11；
33.所述游标副尺20滑动设置在所述主尺10上，且靠近所述第一测量爪11的一端设置有第二测量爪21；
34.所述光电控制单元设置在所述游标副尺20上，包括测量模块31和控制模块32，所述控制模块32连接所述测量模块31，当所述第二测量爪21和所述第一测量爪11的位置发生变化时，所述控制模块32控制所述测量模块31对所述主尺10的纹理聚焦成像并计算位移，以完成光学卡尺的测量。本实用新型中的光电控制单元具有体积小、结构简单、分辨率和准确度高、测量速度快、功耗小、对使用环境要求不高等突出的特点，避免因为使用者手上的汗水、油污及切削液等液体粘到卡尺表面，影响信号的正常传递现象，保证测量精度。
35.本实用新型通过设置控制模块32连接测量模块31，当第二测量爪21和第一测量爪11的位置发生变化时，控制模块32控制测量模块31对主尺10的纹理聚焦成像并计算位移，以完成光学卡尺的测量，同时没有外部开关控制，游标卡尺自动控制开合，延长其使用寿命。与现有技术相比，本实用新型精度大幅提高到微米级别，不再受到外界环境变化影响，稳定性能明显提升，同时游标卡尺自动控制开合，延长内部元器件的使用寿命。
36.具体如图3至图4所示，所述测量模块31包括稳定光源311、图像接收传感器312和聚焦接收透镜313，所述稳定光源311和所述图像接收传感器312设置在电路板314上并朝向所述主尺10表面，所述聚焦接收透镜313设置在所述电路板314的正下方，将所述主尺10上被照亮的纹理聚焦成像并传递信号至所述图像接收传感器312中。其中，当spad阵列光学卡尺闭合或打开时，图像接收传感器312上面的成像也会随着移动，计算图像接收传感器312上面成像后特征的位移，换算游标副尺20实际移动的距离，进而知道卡尺测量的尺寸并通过显示器40显示。
37.为了实现spad阵列光学卡尺的自动开合，所述控制模块32连接所述稳定光源311，控制所述稳定光源311的打开与闭合。当第一测量爪11和第二测量爪21之间距离为0时，所述稳定光源311关闭，当所述第一测量爪11和第二测量爪21之间距离发生变化时，所述稳定光源311打开，进而照亮主尺10表面纹理，使得聚焦接收透镜313将被照亮的纹理成像传递至图像接收传感器312。
38.具体的，所述稳定光源311设置有两个，两个所述稳定光源311沿所述聚焦接收透镜313的中垂线对称设置。保证光路稳定性，提高成像精度。
39.作为本实施例的优选，所述稳定光源311采用激光led光源或其他发光元器件。
40.如图5至图6所示，所述图像接收传感器312采用spad阵列图像传感器。使用cmos和ccd作为图像处理传感器图像处理速度较慢，精度较低，并且外围元器件使用较多，本技术通过使用spad阵列作为图像接收传感器312。这样既提高了处理速度和测量精度，又精简了元器件，降低了生产难度和成本。
41.具体的，所述spad阵列图像传感器包括接收器件3121和单片机3122，通过计算接收器件3121上面成像后特征的位移传递给单片机3122，进而计算出卡尺测量的尺寸。其运算速度更快，采集精度更好，并且是数字分量输出，当副尺相对主尺10进行测量移动的时
候，卡尺纹理表面的特征通过透镜聚焦到接收器件3121上面的成像也会随着移动。通过计算接收器件3121spad上面成像后特征的位移传递给单片机3122，进而计算出卡尺测量的尺寸，最后把结果数据通过屏幕显示出来供用户直接读取。
42.请继续参考图4，所述聚焦接收透镜313采用凸透镜、凹透镜、平面镜或全反射透镜。聚焦接收透镜313将主尺10表面的纹理图像传递至图像接收传感器312，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的透镜。
43.进一步的，所述聚焦接收透镜313为两个上下对称设置的凸透镜。使得主尺10表面的纹理通过平行的光线路径传递至图像接收传感器312，提高测量精度以及测量稳定性。
44.如图1所示，还包括显示器40，所述显示器40设置在所述游标副尺20上，并连接所述光电控制单元30，将所述光电控制单元30测量的尺寸通过显示器40显示。
45.本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种spad阵列光学卡尺，其特征在于，包括主尺、游标副尺和光电控制单元，其中：所述主尺的一端设置有第一测量爪；所述游标副尺滑动设置在所述主尺上，且靠近所述第一测量爪的一端设置有第二测量爪；所述光电控制单元设置在所述游标副尺上，包括测量模块和控制模块，所述控制模块连接所述测量模块，当所述第二测量爪和所述第一测量爪的位置发生变化时，所述控制模块控制所述测量模块对所述主尺的纹理聚焦成像并计算位移，以完成光学卡尺的测量；所述测量模块包括稳定光源、图像接收传感器和聚焦接收透镜，所述稳定光源和所述图像接收传感器设置在电路板上并朝向所述主尺表面，所述聚焦接收透镜设置在所述电路板的正下方，将所述主尺上被照亮的纹理聚焦成像并传递信号至所述图像接收传感器中。2.根据权利要求1所述的spad阵列光学卡尺，其特征在于，所述控制模块连接所述稳定光源，控制所述稳定光源的打开与闭合。3.根据权利要求2所述的spad阵列光学卡尺，其特征在于，所述稳定光源设置有两个，两个所述稳定光源沿所述聚焦接收透镜的中垂线对称设置。4.根据权利要求3所述的spad阵列光学卡尺，其特征在于，所述稳定光源采用激光led光源。5.根据权利要求2所述的spad阵列光学卡尺，其特征在于，所述图像接收传感器采用spad阵列图像传感器。6.根据权利要求5所述的spad阵列光学卡尺，其特征在于，所述spad阵列图像传感器包括接收器件和单片机，通过计算接收器件上面成像后特征的位移传递给单片机，进而计算出卡尺测量的尺寸。7.根据权利要求2~6任一项所述的spad阵列光学卡尺，其特征在于，所述聚焦接收透镜采用凸透镜、凹透镜、平面镜或全反射透镜。8.根据权利要求7所述的spad阵列光学卡尺，其特征在于，所述聚焦接收透镜为两个上下对称设置的凸透镜。9.根据权利要求1~2任一项所述的spad阵列光学卡尺，其特征在于，还包括显示器，所述显示器设置在所述游标副尺上，并连接所述光电控制单元，将所述光电控制单元测量的尺寸通过显示器显示。

技术总结
本实用新型涉及精度测量领域，尤其涉及一种SPAD阵列光学卡尺，包括主尺、游标副尺和光电控制单元，其中：主尺的一端设置有第一测量爪；游标副尺滑动设置在主尺上，靠近第一测量爪的一端设置有第二测量爪；光电控制系统设置在游标副尺上，包括测量模块和控制模块，控制模块连接测量模块，当第二测量爪和第一测量爪的位置发生变化时，控制模块控制测量模块对主尺的纹理聚焦成像并计算位移，以完成光学卡尺的测量。同时没有外部开关控制，游标卡尺自动控制开合，延长其使用寿命。与现有技术相比，本实用新型精度大幅提高到微米级别，不再受到外界环境变化影响，稳定性能明显提升，同时游标卡尺自动控制开合，延长内部元器件的使用寿命。命。命。


技术研发人员：高翔 闫应东
受保护的技术使用者：南京莱旭光电科技有限公司
技术研发日：2022.03.08
技术公布日：2023/8/17