專利名稱：基于垂直位移掃描的非接觸式表面形貌測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于垂直位移掃描的非接觸式表面形貌測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x，屬于測(cè)量裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前根據(jù)光學(xué)自動(dòng)聚焦探測(cè)法原理，制造出來(lái)的物體表面形貌非接觸測(cè)量裝置已經(jīng)有一些商品化產(chǎn)品面世，例如UBM公司的UBF60等系列產(chǎn)品，但是對(duì)于現(xiàn)有的利用光學(xué)自動(dòng)聚焦探測(cè)法原理制造的非接觸測(cè)量裝置，它們均存在一些共同的問(wèn)題(1)測(cè)量過(guò)程中音圈電機(jī)本身的持續(xù)振動(dòng)會(huì)引起相應(yīng)的測(cè)量誤差；(2)音圈電機(jī)是一般是靠簧片固定的，簧片的擺動(dòng)會(huì)引起測(cè)量的非線性誤差；(3)對(duì)于不帶計(jì)量系統(tǒng)的音圈電機(jī)，音圈電機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度受制于其定標(biāo)方法，而一般的定標(biāo)方法是難以使音圈電機(jī)達(dá)到納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)精度的；(4)對(duì)于帶計(jì)量系統(tǒng)的音圈電機(jī)，由于電感計(jì)量系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍僅為±500μm，故難以實(shí)現(xiàn)大量程測(cè)量。
上述幾條問(wèn)題反映了這些裝置常見(jiàn)的一些缺陷，使這樣裝置的應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種功能強(qiáng)，高性價(jià)比的基于垂直位移掃描的非接觸式表面形貌測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x，實(shí)現(xiàn)高分辨率、大量程和高精度的測(cè)量。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。基于垂直位移掃描的非接觸式表面形貌測(cè)量方法為，將工件放在三維垂直位移掃描工作臺(tái)上，用光學(xué)位移傳感器發(fā)出的激光照射工件的表面并得到聚焦誤差信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)聚焦誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)以實(shí)現(xiàn)垂直位移伺服運(yùn)動(dòng)，使入射光束始終匯聚在被測(cè)工件表面上且聚焦誤差信號(hào)近似為零，衍射光柵位移傳感器掃描和采集工作臺(tái)垂直移動(dòng)的距離作為測(cè)量數(shù)據(jù)，輸入計(jì)算機(jī)中作為該X-Y-Z坐標(biāo)上采集到的Z坐標(biāo)，通過(guò)移動(dòng)工作臺(tái)，重復(fù)采集多個(gè)坐標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后即可得到測(cè)量的工件表面形貌。
上述的基于垂直位移掃描的非接觸式表面形貌測(cè)量方法，在工作臺(tái)上固定反射光柵，激光入射到反射光柵，經(jīng)反射光柵一次衍射后形成+1級(jí)和-1級(jí)兩束衍射光，通過(guò)置于兩側(cè)的直角棱鏡將+1級(jí)和-1級(jí)衍射光反射回光柵并匯聚于光柵上另一點(diǎn)，經(jīng)過(guò)二次衍射后，將在垂直于Y軸放置的光電探測(cè)器上形成干涉條紋；當(dāng)工作臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，將引起干涉條紋的相移，通過(guò)探測(cè)條紋的變化即可得到工件的位移數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的測(cè)量?jī)x是這樣構(gòu)成的，它包括光學(xué)位移傳感器、三維垂直位移掃描工作臺(tái)和數(shù)字伺服聚焦裝置，用于探測(cè)聚焦誤差信號(hào)的光學(xué)位移傳感器安裝在三維垂直位移掃描工作臺(tái)的上方，光學(xué)位移傳感器的聚焦誤差信號(hào)輸入數(shù)字伺服聚焦裝置，數(shù)字伺服聚焦裝置輸出控制信號(hào)至三維垂直位移掃描工作臺(tái)的壓電陶瓷和三個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在三維垂直位移掃描工作臺(tái)上設(shè)有用于對(duì)工作臺(tái)的垂直位移進(jìn)行掃描和采集的衍射光柵位移傳感器，衍射光柵位移傳感器的信號(hào)輸入數(shù)字伺服聚焦裝置中的計(jì)算機(jī)。
上述的測(cè)量?jī)x，光學(xué)位移傳感器由光電探測(cè)器(1)、分束棱鏡(2)、耦合物鏡(3)、半導(dǎo)體激光器(4)、透鏡(5)、偏振分光鏡(6)、1/4玻片(7)和聚焦物鏡(8)組成，半導(dǎo)體激光器(4)與三維垂直位移掃描工作臺(tái)之間依次設(shè)有透鏡(5)、偏振分光鏡(6)、1/4玻片(7)和固定位置的聚焦物鏡(8)，在偏振分光鏡(6)側(cè)面設(shè)有耦合物鏡(3)、分束棱鏡(2)，分束棱鏡(2)分開(kāi)光線照射的位置分別設(shè)有光電探測(cè)器(1)，光電探測(cè)器(1)的信號(hào)輸入數(shù)字伺服聚焦裝置。
上述的測(cè)量?jī)x，三維垂直位移掃描工作臺(tái)由垂直位移掃描工作臺(tái)、X-Y工作臺(tái)(14)和衍射光柵位移傳感器(11)組成；可垂直移動(dòng)的垂直位移掃描工作臺(tái)安裝在X-Y工作臺(tái)(14)上，垂直位移掃描工作臺(tái)上設(shè)有衍射光柵位移傳感器(11)。
上述的測(cè)量?jī)x，垂直位移掃描工作臺(tái)由斜面機(jī)構(gòu)(13)、壓電陶瓷(12)和工作臺(tái)(10)組成；帶電機(jī)的斜面機(jī)構(gòu)(13)安裝在X-Y工作臺(tái)(14)上，斜面機(jī)構(gòu)(13)上方設(shè)有壓電陶瓷(12)，壓電陶瓷(12)上方為放置工件(9)的工作臺(tái)(10)。
上述的測(cè)量?jī)x，數(shù)字伺服聚焦裝置由光學(xué)位移傳感器信號(hào)處理電路(15)、衍射光柵位移傳感器信號(hào)處理電路(16)、計(jì)算機(jī)(20)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路(17)、斜面機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(18)和X-Y方向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(19)組成；計(jì)算機(jī)(20)的輸入端連接光學(xué)位移傳感器信號(hào)處理電路(15)、衍射光柵位移傳感器信號(hào)處理電路(16)的輸出端，計(jì)算機(jī)(20)的輸出端連接壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路(17)、斜面機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(18)和X-Y方向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(19)；計(jì)算機(jī)(20)處理來(lái)自光電探測(cè)器(1)和衍射光柵位移傳感器(11)的信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷(12)、斜面機(jī)構(gòu)(13)和X-Y工作臺(tái)(14)的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字伺服聚焦。
上述的測(cè)量?jī)x，衍射光柵位移傳感器(11)由反射光柵(21)、直角棱鏡(22)、光電接收器(23)和He-Ne激光器(24)組成，反射光柵(21)安裝在垂直位移掃描工作臺(tái)上，He-Ne激光器(24)安裝在反射光柵(21)前方，二個(gè)直角棱鏡(22)分別設(shè)在反射光柵(21)兩側(cè)45度位置，反射光柵(21)前方還設(shè)有光電接收器(23)。
本發(fā)明的測(cè)量裝置由非接觸式光學(xué)位移傳感器、三維垂直位移掃描工作臺(tái)和數(shù)字伺服聚焦裝置組成，并與其他組件共同構(gòu)建了整個(gè)閉環(huán)控制的非接觸式表面形貌測(cè)量裝置。本方法不同于傳統(tǒng)的光學(xué)自動(dòng)聚焦探測(cè)系統(tǒng)中的采用音圈電機(jī)的聚焦伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它將聚焦物鏡位置固定，計(jì)算機(jī)根據(jù)聚焦誤差信號(hào)控制壓電陶瓷及電機(jī)去驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)以實(shí)現(xiàn)垂直位移掃描的伺服運(yùn)動(dòng)，使入射光束始終匯聚在被測(cè)工件表面上且聚焦誤差信號(hào)近似為零，提高了測(cè)量的精度，同時(shí)采用光柵衍射得到干涉條紋，通過(guò)對(duì)干涉條紋的相移變化得到工作臺(tái)垂直方向位移的測(cè)量數(shù)據(jù)，大大提高了測(cè)量精度，比如選擇的光柵常數(shù)為1/1200mm，干涉條紋變化一個(gè)周期時(shí)，光柵移動(dòng)量為1/4800mm，即為200nm，經(jīng)兩次衍射，以及對(duì)信號(hào)20細(xì)分，最終測(cè)量數(shù)據(jù)可達(dá)5nm的分辨率。因此本發(fā)明由于避免了傳統(tǒng)聚焦探測(cè)類(lèi)儀器中采用音圈電機(jī)所帶來(lái)的缺陷，從而真正實(shí)現(xiàn)了高精度、大量程的非接觸測(cè)量，并且具有速度快、性價(jià)比高的特點(diǎn)。本發(fā)明可對(duì)不同材料構(gòu)件的輪廓尺寸、形狀、波度及表面粗糙度的二、三維非接觸式綜合測(cè)量，包括任意曲面形貌測(cè)量、球面和非球面輪廓測(cè)量等，也可對(duì)MEMS的幾何尺寸、形狀、振動(dòng)等進(jìn)行非接觸測(cè)量。


附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明的測(cè)量流程示意圖；附圖3為衍射光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例。如附圖1所示，本發(fā)明的測(cè)量?jī)x主要包括光學(xué)位移傳感器、三維垂直位移掃描工作臺(tái)和數(shù)字伺服聚焦裝置三大部分，光學(xué)位移傳感器用于探測(cè)在測(cè)量過(guò)程中由工件表面所引起的聚焦誤差信號(hào)，安裝在三維垂直位移掃描工作臺(tái)的的上方，光學(xué)位移傳感器的聚焦誤差信號(hào)輸入數(shù)字伺服聚焦裝置；三維垂直位移掃描工作臺(tái)上面放置需測(cè)量的工件；數(shù)字伺服聚焦裝置用于記錄、處理各個(gè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)得到的數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)至三維垂直位移掃描工作臺(tái)的壓電陶瓷和三個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)三維垂直位移掃描工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)從而使光學(xué)位移傳感器的聚焦誤差信號(hào)近似為零；在三維垂直位移掃描工作臺(tái)上安裝衍射光柵位移傳感器，衍射光柵位移傳感器用于對(duì)工作臺(tái)的垂直位移進(jìn)行掃描和采集，衍射光柵位移傳感器的掃描信號(hào)輸入數(shù)字伺服聚焦裝置中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理后作為測(cè)量結(jié)果。
本實(shí)施例采用的光學(xué)位移傳感器由光電探測(cè)器(1)、分束棱鏡(2)、耦合物鏡(3)、半導(dǎo)體激光器(4)、透鏡(5)、偏振分光鏡(6)、1/4玻片(7)和聚焦物鏡(8)組成，半導(dǎo)體激光器(4)為DA650-1-5型半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為650nm，外形尺寸為φ11×60mm，功率為1mW。半導(dǎo)體激光器(4)與三維垂直位移掃描工作臺(tái)之間依次設(shè)有透鏡(5)、偏振分光鏡(6)、1/4玻片(7)和固定位置的聚焦物鏡(8)，在偏振分光鏡(6)側(cè)面設(shè)有耦合物鏡(3)、分束棱鏡(2)，分束棱鏡(2)分開(kāi)光線照射的位置分別安裝有光電探測(cè)器(1)，光電探測(cè)器(1)的信號(hào)輸入數(shù)字伺服聚焦裝置。
三維垂直位移掃描工作臺(tái)由垂直位移掃描工作臺(tái)、X-Y工作臺(tái)(14)和衍射光柵位移傳感器(11)組成；可垂直移動(dòng)的垂直位移掃描工作臺(tái)安裝在共基面運(yùn)動(dòng)的X-Y工作臺(tái)(14)上，垂直位移掃描工作臺(tái)上安裝衍射光柵位移傳感器(11)。垂直位移掃描工作臺(tái)和X-Y工作臺(tái)(14)完成對(duì)工件(9)三維空間的位移，衍射光柵位移傳感器(11)測(cè)量垂直位移掃描工作臺(tái)的垂直移動(dòng)距離。本實(shí)施例的垂直位移掃描工作臺(tái)由斜面機(jī)構(gòu)(13)、壓電陶瓷(12)和工作臺(tái)(10)組成；它分粗、精兩級(jí)驅(qū)動(dòng)，粗驅(qū)動(dòng)由斜面機(jī)構(gòu)(13)及其伺服電機(jī)完成，斜面機(jī)構(gòu)(13)的斜面斜度為1∶10，絲桿螺距為1mm，伺服電機(jī)輸出10000脈沖/轉(zhuǎn)，則每步垂直位移量為10nm，行程設(shè)計(jì)為10mm。斜面機(jī)構(gòu)(13)安裝在X-Y工作臺(tái)(14)上；精兩級(jí)驅(qū)動(dòng)由壓電陶瓷(12)完成，其設(shè)計(jì)行程為30μm；壓電陶瓷(12)安裝在斜面機(jī)構(gòu)(13)上方，壓電陶瓷(12)上方為放置工件(9)的工作臺(tái)(10)。
數(shù)字伺服聚焦裝置由光學(xué)位移傳感器信號(hào)處理電路(15)、衍射光柵位移傳感器信號(hào)處理電路(16)、計(jì)算機(jī)(20)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路(17)、斜面機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(18)和X-Y方向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(19)組成；計(jì)算機(jī)(20)的輸入端連接光學(xué)位移傳感器信號(hào)處理電路(15)、衍射光柵位移傳感器信號(hào)處理電路(16)的輸出端，計(jì)算機(jī)(20)的輸出端連接壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路(17)、斜面機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(18)和X-Y方向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(19)；計(jì)算機(jī)(20)處理來(lái)自光電探測(cè)器(1)和衍射光柵位移傳感器(11)的信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷(12)、斜面機(jī)構(gòu)(13)和X-Y工作臺(tái)(14)的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)字伺服聚焦。
衍射光柵位移傳感器(11)由反射光柵(21)、直角棱鏡(22)、光電接收器(23)和He-Ne激光器(24)組成，反射光柵(21)安裝在垂直位移掃描工作臺(tái)上，He-Ne激光器(24)安裝在反射光柵(21)的前方，二個(gè)直角棱鏡(22)分別安裝在反射光柵(21)兩側(cè)45度位置，反射光柵(21)前方還安裝光電接收器(23)，光電接收器(23)連接衍射光柵位移傳感器信號(hào)處理電路(16)。
工作時(shí)，將工件(9)放在工作臺(tái)(10)上并用半導(dǎo)體激光器(4)發(fā)射的激光照射工件(9)的表面，反射回來(lái)的激光通過(guò)耦合物鏡(3)會(huì)聚并經(jīng)分束棱鏡(2)分裂后投射到兩組電探測(cè)器(1)上。兩組光電探測(cè)器(1)接收光強(qiáng)信號(hào)的差分即為聚焦差信號(hào)。計(jì)算機(jī)(2)根據(jù)聚焦誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)(10)以實(shí)現(xiàn)垂直位移掃描的伺服運(yùn)動(dòng)，使入射光束始終匯聚在被測(cè)工件(9)的表面上且聚焦誤差信號(hào)近似為零，使得測(cè)量誤差達(dá)到最??；衍射光柵位移傳感器(11)掃描和采集垂直位移掃描工作臺(tái)的垂直移動(dòng)距離，該信號(hào)經(jīng)衍射光柵位移傳感器信號(hào)處理電路(16)送到計(jì)算機(jī)(20)，即為一個(gè)采集到的垂直方向坐標(biāo)。通過(guò)移動(dòng)工作臺(tái)，檢測(cè)工件(9)相對(duì)于工作臺(tái)(10)上不同的X朰-Z坐標(biāo)下，重復(fù)采集多個(gè)坐標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)(20)經(jīng)表面輪廓評(píng)定軟件處理即可得到測(cè)量結(jié)果。
為了精確計(jì)量工作臺(tái)(10)的移動(dòng)距離，在三維垂直位移掃描工作臺(tái)上安裝反射光柵，激光入射到反射光柵，經(jīng)反射光柵一次衍射后形成+1級(jí)和-1級(jí)兩束衍射光，通過(guò)置于兩側(cè)的直角棱鏡將+1級(jí)和-1級(jí)衍射光反射回光柵并匯聚于光柵上另一點(diǎn)，經(jīng)過(guò)二次衍射后，將在垂直于Y軸放置的光電探測(cè)器上形成干涉條紋；當(dāng)工作臺(tái)(10)垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，將引起干涉條紋的相移，通過(guò)探測(cè)條紋的變化即可得到工件(9)的位移數(shù)據(jù)。光柵移動(dòng)d/4距離時(shí)，條紋相移為2π，即變化一個(gè)周期。本系統(tǒng)采用的光柵，其光柵常數(shù)為1/1200mm，因此干涉條紋變化一個(gè)周期時(shí)，光柵移動(dòng)量為1/4800mm，即為200nm，經(jīng)兩次衍射，以及對(duì)信號(hào)20細(xì)分，可達(dá)5nm的分辨率。
權(quán)利要求
1.一種基于垂直位移掃描的非接觸式表面形貌測(cè)量方法，其特征在于將工件放在三維垂直位移掃描工作臺(tái)上，用光學(xué)位移傳感器發(fā)出的激光照射工件的表面并得到聚焦誤差信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)聚焦誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)以實(shí)現(xiàn)垂直位移伺服運(yùn)動(dòng)，使入射光束始終匯聚在被測(cè)工件表面上且聚焦誤差信號(hào)近似為零，衍射光柵位移傳感器掃描和采集工作臺(tái)垂直移動(dòng)的距離作為測(cè)量數(shù)據(jù)，輸入計(jì)算機(jī)中作為該X-Y-Z坐標(biāo)上采集到的Z坐標(biāo)，通過(guò)移動(dòng)工作臺(tái)，重復(fù)采集多個(gè)坐標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后即可得到測(cè)量的工件表面形貌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于垂直位移掃描的非接觸式表面形貌測(cè)量方法，其特征在于在工作臺(tái)上固定反射光柵，激光入射到反射光柵，經(jīng)反射光柵一次衍射后形成+1級(jí)和-1級(jí)兩束衍射光，通過(guò)置于兩側(cè)的直角棱鏡將+1級(jí)和-1級(jí)衍射光反射回光柵并匯聚于光柵上另一點(diǎn)，經(jīng)過(guò)二次衍射后，將在垂直于Y軸放置的光電探測(cè)器上形成干涉條紋；當(dāng)工作臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，將引起干涉條紋的相移，通過(guò)探測(cè)條紋的變化即可得到工件的位移數(shù)據(jù)。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量?jī)x，它包括光學(xué)位移傳感器、三維垂直位移掃描工作臺(tái)和數(shù)字伺服聚焦裝置，其特征在于用于探測(cè)聚焦誤差信號(hào)的光學(xué)位移傳感器安裝在三維垂直位移掃描工作臺(tái)的上方，光學(xué)位移傳感器的聚焦誤差信號(hào)輸入數(shù)字伺服聚焦裝置，數(shù)字伺服聚焦裝置輸出控制信號(hào)至三維垂直位移掃描工作臺(tái)的壓電陶瓷和三個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在三維垂直位移掃描工作臺(tái)上設(shè)有用于對(duì)工作臺(tái)的垂直位移進(jìn)行掃描和采集的衍射光柵位移傳感器，衍射光柵位移傳感器的信號(hào)輸入數(shù)字伺服聚焦裝置中的計(jì)算機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于光學(xué)位移傳感器由光電探測(cè)器(1)、分束棱鏡(2)、耦合物鏡(3)、半導(dǎo)體激光器(4)、透鏡(5)、偏振分光鏡(6)、1/4玻片(7)和聚焦物鏡(8)組成，半導(dǎo)體激光器(4)與三維垂直位移掃描工作臺(tái)之間依次設(shè)有透鏡(5)、偏振分光鏡(6)、1/4玻片(7)和固定位置的聚焦物鏡(8)，在偏振分光鏡(6)側(cè)面設(shè)有耦合物鏡(3)、分束棱鏡(2)，分束棱鏡(2)分開(kāi)光線照射的位置分別設(shè)有光電探測(cè)器(1)，光電探測(cè)器(1)的信號(hào)輸入數(shù)字伺服聚焦裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于三維垂直位移掃描工作臺(tái)由垂直位移掃描工作臺(tái)、X-Y工作臺(tái)(14)和衍射光柵位移傳感器(11)組成；可垂直移動(dòng)的垂直位移掃描工作臺(tái)安裝在X-Y工作臺(tái)(14)上，垂直位移掃描工作臺(tái)上設(shè)有衍射光柵位移傳感器(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于垂直位移掃描工作臺(tái)由斜面機(jī)構(gòu)(13)、壓電陶瓷(12)和工作臺(tái)(10)組成；帶電機(jī)的斜面機(jī)構(gòu)(13)安裝在X-Y工作臺(tái)(14)上，斜面機(jī)構(gòu)(13)上方設(shè)有壓電陶瓷(12)，壓電陶瓷(12)上方為放置工件(9)的工作臺(tái)(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于數(shù)字伺服聚焦裝置由光學(xué)位移傳感器信號(hào)處理電路(15)、衍射光柵位移傳感器信號(hào)處理電路(16)、計(jì)算機(jī)(20)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路(17)、斜面機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(18)和X-Y方向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(19)組成；計(jì)算機(jī)(20)的輸入端連接光學(xué)位移傳感器信號(hào)處理電路(15)、衍射光柵位移傳感器信號(hào)處理電路(16)的輸出端，計(jì)算機(jī)(20)的輸出端連接壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路(17)、斜面機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(18)和X-Y方向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(19)；計(jì)算機(jī)(20)處理來(lái)自光電探測(cè)器(1)和衍射光柵位移傳感器(11)的信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷(12)、斜面機(jī)構(gòu)(13)和X-Y工作臺(tái)(14)的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字伺服聚焦。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于衍射光柵位移傳感器(11)由反射光柵(21)、直角棱鏡(22)、光電接收器(23)和He-Ne激光器(24)組成，反射光柵(21)安裝在垂直位移掃描工作臺(tái)上，He-Ne激光器(24)安裝在反射光柵(21)前方，二個(gè)直角棱鏡(22)分別設(shè)在反射光柵(21)兩側(cè)45度位置，反射光柵(21)前方還設(shè)有光電接收器(23)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于垂直位移掃描的非接觸式表面形貌測(cè)量方法及其裝置，它采用計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)垂直位移來(lái)進(jìn)行測(cè)量，并掃描和采集工作臺(tái)垂直移動(dòng)的距離作為測(cè)量數(shù)據(jù)，輸入計(jì)算機(jī)中作為該X－Y－Z坐標(biāo)上采集到的Z坐標(biāo)，通過(guò)移動(dòng)工作臺(tái)，重復(fù)采集多個(gè)坐標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后即可得到測(cè)量的工件表面形貌。本發(fā)明將聚焦物鏡位置固定，通過(guò)移動(dòng)工作臺(tái)來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)，大大提高了測(cè)量的精度。從而真正實(shí)現(xiàn)了高精度、大量程的非接觸測(cè)量，并且具有速度快、性價(jià)比高的特點(diǎn)。本實(shí)用新型可對(duì)不同材料構(gòu)件的輪廓尺寸、形狀、波度及表面粗糙度的二、三維非接觸式綜合測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/24GK1831474SQ200610200070
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者楊旭東, 陳育榮, 謝鐵邦, 李屹 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)