[發明專利]至少一個曲面的非接觸式測量的裝置和方法

無效

• 申請號: 200710136128.0
• 申請日: 2007-07-18
• 公開（公告）號: CN101349545A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: B·米歇爾特;M·孔克爾;C·迪亞茨
• 申請（專利權）人: 普萊斯泰克光電子有限公司
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01B11/24
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 楊曉光;李崢

技術領域

本發明涉及用于至少一個曲面的非接觸式測量的裝置和方法。

背景技術

Matthias?Kunkel和Jochen?Schulze的一篇題為“Mittendikke?vonLinsen?berührungslos?messen”，Photonik?6/2004的文章中描述了一種這種類型的裝置。為了測量透鏡的中間厚度，該文建議測量一個固定參考點與透鏡上下端的頂點之間的距離。為了進行距離測量，將具有光譜寬帶的光耦合進光波導中，并通過光纖耦合器輸送到具有顯著縱向色差的物鏡上。該物鏡將從該光纖端面射出的光根據波長的不同聚焦在要測量的表面上，在此該表面上形成一個直徑為幾個微米的測量斑。然而，該處照明光纖芯的清晰圖像只能在波長λ₁的情況下獲得。反過來，具有同樣波長λ₁的光被清晰地成像在光纖末端并被耦合回光波導中。其它波長由于不清晰的成像而受到強烈的抑制。反射光經過光纖耦合器傳播到分光計中。在分光計中測到的譜在相關的波長λ₁處給出尖銳的峰。通過校正，從所發現的波長可以確定要測量的到所述表面的距離。如果透明材料，具體說是透鏡，的兩個界面處于物鏡的測量范圍之內，那么，在兩個界面上會分別得到兩個波長λ₁和λ₂的清晰成像。相應地會觀察到兩個峰，從中可以測定到所述兩個界面的距離s₁和s₂。

為了獲得理想的測量特性，具體說為了獲得高的光靈敏度和大的分辨率，用于這個目的的已知的測量頭的物鏡根據所要求的測量距離具有相應的大的直徑，以產生相應的大的孔徑。然而，測量頭的安裝空間在一個空間方向上經常是被限制的，特別是當多個測量頭以較小的間隔順序排列在一起的時候。在這種情況下，希望有相應的窄的測量頭。

發明內容

本發明涉及到一種裝置，用于至少一個曲面的非接觸式測量，該裝置至少包括：

a)光源，用于產生具有連續光譜的光，

b)配置到所述光源的出光面，

c)測量頭，包含具有色差的光學成像系統，用來將所述出光面成像在與波長有關的焦平面上，

d)光學光譜儀器，通過該儀器可以記錄通過所述光學系統投射到要測量的表面然后從該表面上反射的光的光譜強度分布，以及

e)估計單元，通過該單元，可以將所述光學系統和所述表面之間的距離指定對應于由所述光學光譜儀器記錄的強度分布的局部極大值處的每個波長。

此外，本裝置涉及到一種方法，用于至少一個曲面的非接觸式測量，其中：

a)產生具有連續光譜的發光面的光源，

b)用一個具有色差的光學系統將所述發光面成像在與波長有關的焦平面上，

c)把投射到要測量的表面然后從該表面上反射的光的光譜強度分布記錄下來，

d)將所述光學系統和所述表面之間的距離指定對應于所記錄的強度分布的局部極大值處的每個波長。

這種類型的已知裝置特別用來測定薄層厚度，尤其是測定透鏡的中間厚度。當這些裝置被構成掃描3D測量系統時，它們也用于形貌和輪廓的非接觸式測量。典型的應用有，在玻璃、塑料、半導體和汽車工業中的質量保證和制造控制，既能用在實驗室中，也能用在工業制造中。

本發明的一個目標是，配置引言中所介紹類型的裝置和方法，其中可以使用其橫截面至少在一個空間方向上具有最小可能尺寸的測量頭，并且它具有理想的測量特性，具體說是具有高的光靈敏度和大的分辨率。

根據本發明，這個目標的實現在于，要測量的表面在一個空間方向上是平的，光學系統的光軸垂直于該空間方向上的所述表面，該光學系統的寬度在該空間方向上垂直地朝向其光軸縮小。

根據本發明，該光學系統因此被做得很窄，使得整個測量頭也比已知的測量頭更窄。這樣，在光學系統比較窄的空間方向上，光學系統的孔徑相對于其它空間方向上的孔徑而言事實上垂直地朝向光軸縮小了。然而，縮小了的直徑對于獲得理想的測量特性來說足夠了，只要光學系統的光軸在由光學系統的光軸和縮小的孔徑的空間方向所決定的平面中基本上垂直于所述表面。總之，消除了大的孔徑，有利于測量頭在光軸垂直于要測量表面的平面中具有較小的外尺寸，但不會損害測量特性。另一方面，所述表面在其中是彎曲的的平面內，光學系統的孔徑足夠大以獲得理想的測量結果，從而相應地具有大尺寸。