[發(fā)明專利]用于無(wú)接觸地測(cè)量或者檢查體表面的光學(xué)設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980148670.5
• 申請(qǐng)日: 2009-12-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102239384A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C.格拉塞納普
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 卡爾蔡司股份公司
• 主分類號(hào): G01B11/12
• 分類號(hào): G01B11/12;G01B11/24;G01B11/30
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 胡莉莉;李家麟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于無(wú)接觸地測(cè)量或者檢查體表面的特性的光學(xué)設(shè)備，所述體表面的特性如曲率、走向（Verlauf）、輪廓、粗糙度、對(duì)準(zhǔn)（Lage）。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備不僅適于通過(guò)測(cè)定、與參考表面的比較來(lái)對(duì)技術(shù)表面進(jìn)行質(zhì)量控制，而且適于測(cè)定表面上的微結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

出于對(duì)工件的制造公差進(jìn)行檢驗(yàn)?zāi)康牡挠糜跍y(cè)定幾何形狀和表面結(jié)構(gòu)的方法例如以感觸的（taktil）測(cè)量方法的形式而公知。

在這些方法中，工件以機(jī)械方式觸碰，度規(guī)（Taster）的運(yùn)動(dòng)借助刻度來(lái)檢測(cè)并且根據(jù)在此所獲得的測(cè)量值推斷工件形狀或推斷與規(guī)定形狀的偏差。

雖然這些方法已達(dá)到高的研發(fā)狀態(tài)并且因而以豐富的變型可能性和應(yīng)用可能性而突出。然而，缺點(diǎn)一方面是度規(guī)必定與工件接觸，這種接觸尤其是在軟的材料的情況下或在敏感的（譬如光學(xué)）表面的情況下是不期望的，而另一方面是相對(duì)長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間，這種相對(duì)長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間妨礙了工業(yè)制造過(guò)程的運(yùn)行。

此外還公開(kāi)了用于無(wú)接觸地測(cè)定表面輪廓、用于確定鉆孔的表面粗糙度或者直徑的光學(xué)類型的方法。

在此，光被聚焦到待測(cè)定的或者待檢查的表面上并且對(duì)由該表面反射的或者散射的光進(jìn)行分析。為了能夠從結(jié)果中推斷出二維的或者三維的輪廓，需要結(jié)合使測(cè)量設(shè)備相應(yīng)移位的多個(gè)重復(fù)的點(diǎn)測(cè)量。因而，這些方法同樣以常常不希望的方式很耗費(fèi)時(shí)間。

在DD?148?982?B1中所描述的測(cè)量設(shè)備在檢查旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的部件時(shí)分析允許的或者不允許的間隙寬度的存在，尤其是與用于內(nèi)燃機(jī)的活塞環(huán)或者用于壓縮機(jī)的密封環(huán)相關(guān)地進(jìn)行分析。

在此，將待檢查的環(huán)鉗入到環(huán)規(guī)中并且將光指向在待檢查的環(huán)與環(huán)規(guī)之間的間隙。穿過(guò)該間隙的光借助光電接收機(jī)被轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，并且該模擬電信號(hào)作為分析間隙寬度的基礎(chǔ)。利用該設(shè)備不可能對(duì)體幾何形狀和表面形貌進(jìn)行檢查或者測(cè)定。

發(fā)明內(nèi)容

從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明所基于的任務(wù)是提出一種開(kāi)頭所描述的類型的設(shè)備，利用該設(shè)備在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)在少量技術(shù)開(kāi)銷的情況下能夠測(cè)定或者檢查體幾何形狀和表面形貌。

根據(jù)本發(fā)明，用于無(wú)接觸地確定體表面的特性、如曲率、走向、輪廓、對(duì)準(zhǔn)或者粗糙度的光學(xué)設(shè)備包括：

-?用于構(gòu)造在體表面與參考邊之間的間隙的裝置，其中：

-?參考邊限定體表面的切線的方向，以及

-?朝向該切線的法線方向來(lái)觀察，在體表面與參考邊之間的距離限定了間隙寬度；

-?用于將間隙成像到空間分辨的（ortsaufloesend）檢測(cè)器上的設(shè)備；

-?與檢測(cè)器相連的分析設(shè)備，該分析設(shè)備被構(gòu)造為：

-?用于按照檢測(cè)器的輸出信號(hào)確定在切線的方向上并排的間隙寬度，以及

-?用于按照沿著切線并排的間隙寬度來(lái)確定體表面的特性、如曲率、走向、輪廓或者粗糙度。

在可替換的擴(kuò)展方案中，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備根據(jù)分析設(shè)備的設(shè)計(jì)被構(gòu)造為用于基于被確定為物理量的間隙寬度來(lái)測(cè)量特性或者用于通過(guò)將所確定的間隙寬度與期望間隙寬度進(jìn)行比較來(lái)檢查特性。

參考邊在切線的方向上的伸展（Ausdehnung）在特定情況下對(duì)應(yīng)于體表面在該方向上的伸展，即構(gòu)造在參考邊與體表面之間的間隙在體表面的整個(gè)伸展上在該方向上延伸。為了進(jìn)行分析，該間隙被全部成像到檢測(cè)器上。

而如果在切線的方向上來(lái)看，參考邊的伸展小于體表面的伸展，則根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備具有用于使參考邊在該方向上移位的設(shè)備。由此實(shí)現(xiàn)了參考邊在時(shí)間上相繼地與體表面的不同部分區(qū)域?qū)χ谩Ｔ诖朔謩e在切線的方向上構(gòu)造的間隙被成像到檢測(cè)器上用于分析。

以這種方式，可確定的是體表面在參考邊的方向上的一維輪廓。此外，如果也要多維地以體表面的形貌形式確定該結(jié)構(gòu)，在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展方案中，附加地設(shè)置有用于使參考邊垂直于切線方向平行移位的設(shè)備。由此，實(shí)現(xiàn)的是，參考邊在時(shí)間上相繼地與體表面的不同的部分區(qū)域?qū)χ茫⒃诖朔謩e構(gòu)造的間隙成像到檢測(cè)器上用于分析。

與參考邊的移位相關(guān)地，可以設(shè)置強(qiáng)制導(dǎo)軌（Zwangsfuehrung），該強(qiáng)制導(dǎo)軌例如被構(gòu)造為機(jī)械直線導(dǎo)軌或曲線導(dǎo)軌并且用于在參考邊推動(dòng)（Fortbewegung）期間以距體表面為恒定距離地來(lái)引導(dǎo)參考邊，該體表面對(duì)應(yīng)于預(yù)先給定的間隙寬度。

可考慮的并且同樣在本發(fā)明的范圍中的是：替換于強(qiáng)制導(dǎo)軌或者也附加于此地存在調(diào)節(jié)設(shè)備，該調(diào)節(jié)設(shè)備被構(gòu)造用于基于連續(xù)的或者周期的距離測(cè)量來(lái)維持參考邊與體表面之間的距離。