一种复杂形貌快速测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106441157A(43)申请公布日2017.02.22(21)申请号201611059752.0(22)申请日2016.11.25(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人张效栋房丰洲曾臻高慧敏武光创(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人程毓英(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种复杂形貌快速测量方法(57)摘要本发明公开一种复杂形貌快速测量方法，所采用的测量系统包括白光光源1、三个分光棱镜、显微目镜5、显微物镜6、干涉物镜7、四象限光电传感器8、激光器9和图像传感器10，具有两条测量光路和激光测量光路。进行复杂形貌快速测量的方法为：将所述的测量系统置于三维运动平台上；将激光测量部分聚焦至被测表面，按照螺旋线或者栅线方式对被测表面进行逐点扫描测量，获取被测表面的大致轮廓特征；将白光干涉测量部分聚焦至被测表面，白光干涉测量路径的每个位置点根据所获取的大致轮廓特征中的高度起伏量，对白光测量系统的高度测量位置进行快速定位，对所有区域数据进行数据融合，从而获取被测表面的全频段形貌信息。CN106441157ACN106441157A权利要求书1/1页1.一种复杂形貌快速测量方法，所采用的测量系统包括白光光源(1)、三个分光棱镜、显微目镜(5)、显微物镜(6)、干涉物镜(7)、四象限光电传感器(8)、激光器(9)和图像传感器(10)，具有两条测量光路和激光测量光路，其中，白光干涉测量光路为：由白光光源(1)发出光束平行投射到第一分光棱镜(2)后分成两束，第一束光被第一分光棱镜(2)转折90°经过干涉物镜(7)投射到被测表面(11)，反射的光经干涉物镜(7)和第一分光棱镜(2)回到显微目镜(5)，第一束光和其反射的光在显微目镜(5)视场中发生干涉，图像传感器(10)获取干涉条纹以获得待测区域的表面形貌信息；第二束光穿过第一分光棱镜(2)，依次经过第二分光棱镜(3)、第三分光棱镜(4)和显微物镜(6)，汇聚于被测表面(11)，经被测表面(11)反射后分别经过显微物镜(6)、第三分光棱镜(4)、第二分光棱镜(3)、第一分光棱镜(2)和显微目镜(5)，成像到图像传感器(10)，负责为激光测量光路提供照明背景光；激光测量光路为：由激光器(9)出发经第三分光棱镜(4)转折，通过显微物镜(6)聚焦至被测表面(11)，经被测表面(11)反射后，分别经过显微物镜(6)、第三分光棱镜(4)和第二分光棱镜(3)，投射至四象限光电传感器(8)用于被测表面(11)高度信息的测量；激光器(9)经被测表面(11)反射回来的光通过第二分光棱镜(3)转折，通过第一分光棱镜(2)和显微目镜(5)后，和由白光光源(1)形成的照明背景光一起被成像至图像传感器(10)，形成激光测量时的采集图。进行复杂形貌快速测量的方法为：1)将所述的测量系统置于三维运动平台上，将被测表面调整到测量系统的测量范围中；2)将激光测量部分聚焦至被测表面，即开启激光测量模式，按照螺旋线或者栅线方式对被测表面进行逐点扫描测量，获取被测表面的大致轮廓特征；3)将白光干涉测量部分聚焦至被测表面，即开启白光干涉测量模式，按照螺旋线或者栅线方式对被测表面进行逐区域扫描测量，白光干涉测量路径设计根据白光干涉测量部分单次测量视场范围决定，保证白光干涉测量过程中相邻测量视场范围有一定交叠，白光干涉测量路径的每个位置点根据所获取的大致轮廓特征中的高度起伏量，对白光测量系统的高度测量位置进行快速定位，对所有区域数据进行数据融合，从而获取被测表面的全频段形貌信息。2CN106441157A说明书1/4页一种复杂形貌快速测量方法技术领域[0001]本发明涉及一种形貌测量方法，特别是针对超精密加工的机械零件、光学元器件制造过程中的加工表面质量与形貌检测。背景技术[0002]表面形貌是指物体和周围介质的分界面呈现出的几何形态，由表面的基本形状和波纹度、纹理、表面粗糙度等表面缺陷参数共同构成了物体表面原始形貌的特征。由机械加工、表面处理等工艺形成的表面形貌直接影响其功能和使用性能。随着国防工业、航空航天及机械制造等领域的飞速发展，超精密加工零件的需求也日益提高，产品表面形貌与结构也越来越复杂，因此，对超精密加工的机械零件、光学元件等表面形貌检测技术至关重要。[0003]表面形貌测量方法多种多样，为了适应复杂表面形貌测量需求，主要测量手段仍为逐点扫描测量方式，最常见轮廓仪能够满足超精密高效加工的需求。同时，有些使用整场扫描方式实现表面形貌快速测量光学表面的方法，如激光面干涉法、反射光栅法等。但以上方法的测量数据采样率相