[發(fā)明專利]一種集成共焦法與三角法的位移測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110418490.7
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113251932B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設計）人: 盧科青;秦鑫晨;王文;王傳勇;陳占鋒;居冰峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/03
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發(fā)明公開了一種集成共焦法與三角法的位移測量方法。現有位移測量方式存在精度與量程之間的矛盾。本發(fā)明在激光共焦位移傳感器探頭一側安裝聚焦透鏡及位置敏感元件，測量時激光共焦位移傳感器進行高精度測量，獲取測量值，同時三角法位移測量系統(tǒng)也對激光入射點進行測量，測量數據輔助判斷被測點是否在激光共焦位移傳感器的量程范圍內，若共焦位移傳感器超量程，則三角法位移測量系統(tǒng)獲取當前測量點的位置值，然后利用該位置值引導三坐標測量機的Z軸沿Z坐標軸方向移動，使測頭裝置回到激光共焦位移傳感器的量程范圍內，然后繼續(xù)測量。本發(fā)明能夠在保證高精度測量的條件下，同時實現對激光共焦位移傳感器量程的擴展。

技術領域

本發(fā)明屬于基于光學測量的非接觸式位移測量領域，特別涉及一種集成共焦法與三角法的位移測量方法。

背景技術

共焦法位移測量是一種基于光譜色散分析的非接觸式位移測量方法，其原理是：一束白光(或多波長混合光)經過色散物鏡后在光軸上形成連續(xù)的單色光焦點，且每一個單色光焦點到被測物體的距離都不同。當被測表面處于測量范圍內的某一位置時，只有某一波長的光聚焦在被測表面上，該波長的光由于滿足共焦條件，其反射光可以進入光譜儀，而其它波長的光，由于在被測表面上處于離焦狀態(tài)，所以大部分光線無法進入光譜儀。通過光譜儀解碼得到光強最大處的波長值，就可以測得目標對應的距離值。

在此基礎上，KEYENCE公司開發(fā)的產品彩色同軸共焦位移計采用彩色光源來替代傳統(tǒng)共焦法位移測量的白色光源，提高了發(fā)光的波段寬度，可在范圍更廣的波段內實現高精度測量。其主要原理是：先將一束藍色激光照射到能夠同時發(fā)出紅、綠光的熒光體上產生多色光，再通過光纖將多色光傳輸到探頭上；在投光時，多色光中只有某一特定波長的單色光才能在被測點進行聚焦；在受光時，只有在被測物表面聚焦的光才能接收并傳輸到分光器按波長分解得到對應的測量數據。其采用直上直下的測量方法，可對曲面、凹坑、表面高低起伏不大的各類待測物表面實現高精度測量。

然而，在位移監(jiān)測領域中，測量精度和量程往往是互相矛盾的。共焦法位移測量的精度雖然較高，但是其量程范圍較小，如KEYENCE公司開發(fā)的產品：超高精度型位移計 CL-L015/CL-P015，其量程范圍為2.6mm；形狀測量型位移計CL-PT010，其量程范圍為 0.6mm。因此，當被測物表面的形貌復雜且高低起伏較大時，共焦法位移測量將容易導致超量程現象而終止測量。

針對此問題，位移監(jiān)測領域有三角法位移測量來彌補共焦位移傳感器量程小的缺點。三角法位移測量的主要原理是：激光器發(fā)出激光經聚焦透鏡匯聚到被測物表面后，產生的漫反射光被接收透鏡接收，并匯聚到位置敏感元件(如PSD、CMOS、CCD等)形成光斑，根據被測點、接收透鏡光心與敏感元件上光斑點三者之間形成的三角形關系可以得到被測點的位移值。但是，與共焦法位移傳感器相比，三角法激光位移傳感器雖然量程較大，但測量精度較低，在一些需要高精度檢測的場合可能無法滿足測量要求。

為解決測量精度與量程之間的矛盾，目前常用的方法是分別用大量程、高精度的傳感器進行重復測量，如：先用大量程的傳感器進行一次測量，然后用一次測量的數據來引導高精度的傳感器進行二次測量。此類測量方法在一定程度上能夠解決量程與精度這一矛盾，但是在應用于生產現場時，一是多次測量降低了生產節(jié)拍，無法滿足生產現場對測量效率的要求，增加了時間成本；二是分別采用大量程、高精度的傳感器，需要分別使用兩種傳感器，增加了測量成本。

發(fā)明內容