[發(fā)明專利]用于坐標(biāo)測量機(jī)的光學(xué)粗糙度傳感器和坐標(biāo)測量機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810825143.4
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN109307487B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 托馬斯·延森
• 申請（專利權(quán)）人: 赫克斯岡技術(shù)中心
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本發(fā)明涉及一種用于坐標(biāo)測量機(jī)的光學(xué)粗糙度傳感器(10)，包括：用于耦合輸入和解耦光學(xué)有效輻射的光束耦合單元(11)，用于通過有效輻射的參考輻射分量提供參考路徑和干涉參考信號的本地參考振蕩器件，包括第一光束通過窗的第一解耦路徑，第一光束通過窗用于有效輻射的測量輻射分量(17)的雙向透射，從而該測量輻射分量(17)能被對準(zhǔn)至待測目標(biāo)表面且該測量輻射分量(17)的反射能被獲得，關(guān)于目標(biāo)表面的表面信號能由反射的測量輻射分量(17)提供。該參考路徑和解耦路徑(12)如此布置和相互作用，所述參考信號和表面信號干涉并且能基于所述參考信號額表面信號的干涉得到粗糙度信號。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于獲得表面信息的光學(xué)粗糙度傳感器和用于借助這樣的傳感器測量目標(biāo)表面粗糙度的坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)。

背景技術(shù)

在許多應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中需要高精度測量目標(biāo)面，進(jìn)而也需要高精度測量目標(biāo)本身。這尤其適用于工件表面的測量和檢查對此極其重要以尤其實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制的加工行業(yè)。

一般，坐標(biāo)測量機(jī)被用于如下應(yīng)用，其允許一般以微米精度的目標(biāo)表面形狀的精確測量。待測目標(biāo)例如可以是發(fā)動機(jī)組、變速箱和工具。已知的坐標(biāo)測量機(jī)通過建立機(jī)械接觸并掃描表面來測量該表面。其例子就是例如在DE4325337或DE4325347中描述的龍門式測量機(jī)。另一系統(tǒng)基于鉸接臂的使用，其測量傳感器布置在多節(jié)臂末端且可沿該表面移動。例如在US5402582或EP1474650中描述了所述類型的鉸接臂。

在現(xiàn)有技術(shù)中，光學(xué)傳感器或觸覺傳感器被用作帶有這樣的坐標(biāo)測量裝置的標(biāo)準(zhǔn)測量傳感器，所述觸覺傳感器例如由安裝在測量桿上的紅寶石球構(gòu)成。在坐標(biāo)測量機(jī)設(shè)計(jì)用于在相互垂直的三個方向X、Y、Z上三維測量情況下的觸覺傳感器偏移在掃描過程中通過開關(guān)元件或測距元件確定。依據(jù)開關(guān)點(diǎn)或偏移距離來計(jì)算接觸的地點(diǎn)和進(jìn)而表面坐標(biāo)。

為了自測量數(shù)據(jù)重建表面輪廓，須考慮傳感器本身的機(jī)械尺寸及其在接觸目標(biāo)表面時的對準(zhǔn)。傳感器被設(shè)計(jì)成具有形狀已知的測量頭，一般是球形，或者為了具體應(yīng)用是橢圓體形，一般具有在幾毫米數(shù)量級內(nèi)的(主)半徑。術(shù)語“測量頭”與本發(fā)明相關(guān)地總體是指具有任意形狀和尺寸的(觸覺)測量傳感器，在此它不一定必然(而是可以)具有漸縮至一點(diǎn)的形狀。在使用觸覺傳感器的同時利用坐標(biāo)測量機(jī)測量的原數(shù)據(jù)表現(xiàn)測量頭參考點(diǎn)例如測量頭中心的被測地點(diǎn)坐標(biāo)。

但是，測量分辨率因觸覺傳感器測量頭的物理尺寸而受到限制。測量頭物理尺寸和/或與之關(guān)聯(lián)的有限測量分辨率導(dǎo)致在粗糙表面測量過程中的“平滑效果”：目標(biāo)表面的凸起或峰可以被近似最佳地或與目標(biāo)相符地被測量，觸覺傳感器的測量頭因其物理尺寸而無法深入目標(biāo)表面的狹窄凹陷中。這造成通過變平滑的凹面區(qū)的測量數(shù)據(jù)以非線性方式平滑被測表面輪廓，而升高表面區(qū)的測量數(shù)據(jù)幾乎與目標(biāo)相符。對于工程方面，這通常甚至是有利的，因?yàn)橛绕錇榱藘蓚€目標(biāo)表面的平面連接精確知曉其升高區(qū)域比狹窄的凹陷表面區(qū)的精確確定更重要。

另一方面，尤其用于更準(zhǔn)確的表面凹陷測量的觸覺測量分辨率不再足以用于許多新的應(yīng)用，因?yàn)樗龇椒ü逃械纳鲜鱿拗茥l件。

因此，在現(xiàn)有技術(shù)中針對尤其使用光學(xué)傳感器的非接觸測量已經(jīng)直在同時遵循多種做法。表面凹陷也可以通過利用尤其自激光器發(fā)出的測量光束的光學(xué)傳感器被很精確地測量，只要在目標(biāo)表面上的測量光束的焦點(diǎn)相比于觸覺傳感器的測量頭不大于其凹陷的結(jié)構(gòu)。光學(xué)測量方法的分辨率因此可以顯著高于用于表面輪廓尤其是其凹陷的精確測量的觸覺測量方法的分辨率。因此，利用光學(xué)傳感器準(zhǔn)備好的輪廓不同于用觸覺傳感器準(zhǔn)備好的同一目標(biāo)表面的輪廓。用光學(xué)傳感器準(zhǔn)備好的表面輪廓就像用觸覺傳感器準(zhǔn)備好的表面輪廓那樣也表現(xiàn)就其分辨率被過濾且基于“測量頭”的物理尺寸的當(dāng)前目標(biāo)表面的描繪，其中，光學(xué)“測量頭”的尺寸可以被認(rèn)為相比于觸覺傳感器的測量頭聚集向光學(xué)測量輻射的波長，或者是可忽略的。因此，用于坐標(biāo)測量機(jī)的光學(xué)傳感器和測量方法原則上適用于提供當(dāng)前與目標(biāo)相符的表面輪廓測量。