[發明專利]擺臂式三維輪廓儀

無效

• 申請號: 201010266710.0
• 申請日: 2010-08-24
• 公開（公告）號: CN101936699A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 景洪偉;吳時彬;林昭珩
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B5/20
• 分類號: G01B5/20;G01B5/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明屬于精密測試領域，特別涉及一種用于平面元件三維表面輪廓測量的擺臂式三維輪廓儀。

背景技術

平面元件三維表面輪廓測量是了解元件表面形貌、機床加工精度和機床去除量的有效手段，涉及到參數包括三維形貌圖、二維形貌圖、PV、RMS、三維形貌體積等。目前市場上的輪廓儀主要有兩種。一種是大尺寸平面元件二維輪廓測量儀，該儀器測量范圍可達到上百個毫米，可用于測量旋轉對稱平面元件的某幾根徑向上的表面輪廓，該儀器的缺點是不能獲得被測平面元件的完整三維表面輪廓。另一種是用于平面元件微觀形貌測量的三維輪廓儀，這些儀器的測量方法主要為光學測量顯微鏡或微觀表面力測量顯微鏡，這些儀器主要用于被測平面元件的局部微觀形貌測量，測量范圍只有幾個毫米。目前對于大口徑(數百毫米)、高精度(0.1μm)的三維表面輪廓測量目前沒有有效的檢測儀器。

發明內容

為了解決現有技術的技術問題，本發明的目的是提供一種大口徑(數百毫米)、高精度(0.1μm)的三維表面輪廓測量儀器。

為了實現所述目的，本發明提供的擺臂式三維輪廓儀，解決技術問題所采用的技術方案是：該輪廓儀包括：測頭系統、橫臂、立柱、配重、被測平面元件、工件轉臺和橫臂轉臺，立柱的一端部位于橫臂轉臺的安裝孔中并固定連接，橫臂位于立柱的另一端部安裝孔中；在橫臂的一端部設置有配重，在橫臂的另一端部設置有測頭系統；工件轉臺上置有被測平面元件；測頭系統的探測端與被測平面元件接觸；所述的橫臂和立柱，用于完成測頭系統的旋轉運動；所述的配重用于平衡測頭系統和橫臂以保證橫臂轉臺保持平穩的旋轉。

本發明與現有技術相比具有如下優點：本發明的檢測儀采用高精度氣浮轉臺保證測量精度，同時采用工件轉臺和橫臂轉臺同時旋轉的工作方式解決了傳統檢驗方法只能測量二維輪廓和測量范圍小的問題，能用于大口徑(數百毫米)、高精度(0.1μm)的三維表面輪廓測量和分析，可測量的參數有三維形貌圖、二維形貌圖、PV、RMS、三維形貌體積等。

附圖說明

圖1是本發明擺臂式三維輪廓儀的結構示意圖

圖2是本發明擺臂式三維輪廓儀的測量軌跡圖

圖3是本發明擺臂式三維輪廓儀的測量示意圖

主要元件說明

1為測頭系統，5為被測平面元件，

2為橫臂，6為工件轉臺，

3為立柱，7為橫臂轉臺，

4為配重，

O為工件轉臺的旋轉中心，

O′為橫臂轉臺的旋轉中心，

OA為工件轉臺的旋轉軸，

O′A′為橫臂轉臺的旋轉軸，

XOY為工件坐標系，

SS′為測頭軌跡，

P為某一測量點，

α為橫臂轉臺轉角，

β為工件轉臺轉角。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

下面結合附圖及具體實施方式詳細介紹本發明。

如圖1所示，為擺臂式三維輪廓儀的結構示意圖，包括測頭系統1、橫臂2、立柱3、配重4、被測平面元件5、工件轉臺6和橫臂轉臺7。測頭系統1、橫臂2、立柱3、配重4、被測平面元件5、工件轉臺6和橫臂轉臺7，立柱3的一端部位于橫臂轉臺7的安裝孔中并固定連接，橫臂2位于立柱3的另一端部安裝孔中；在橫臂2的一端部設置有配重4，在橫臂2的另一端部設置有測頭系統1；工件轉臺6上置有被測平面元件5；測頭系統1的探測端與被測平面元件5接觸；所述的橫臂2和立柱3，用于完成測頭系統1的旋轉運動；所述的配重4用于平衡測頭系統1和橫臂2以保證橫臂轉臺7保持平穩的旋轉。

所述的測頭系統1為高精度接觸式測頭，測頭系統1分辨力為25nm，測量精度為50nm。所述的橫臂2和立柱3用于連接橫臂轉臺7和測頭系統1，并完成測頭的旋轉運動。所述的配重4用于平衡測頭系統1和橫臂2以保證橫臂轉臺7保持平穩的旋轉。所述的工件轉臺6為高精度氣浮轉臺，工件轉臺6的端面跳動為25nm，工件轉臺6的角晃動為0.02″，用于完成被測平面元件5的旋轉運動。所述的橫臂轉臺7為高精度氣浮轉臺，轉橫臂臺7的端面跳動為25nm，橫臂轉臺7的角晃動為0.02″，用于完成測頭系統1的旋轉運動。測量前需要先對工件轉臺6進行精確調整，以保證工件轉臺6的旋轉軸OA與橫臂轉臺7的旋轉軸O′A′完全平行。同時需要調整橫臂2和測頭系統1，以保證測頭系統1準確位于工件轉臺6的旋轉中心O。所述的被測平面元件5為被測大口徑(數百毫米)、高精度元件，需要測量的參數包括：三維形貌圖、二維形貌圖、PV、RMS、三維形貌體積等。