專利名稱：一種檢測平面誤差系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測裝置，特別涉及一種檢測平面誤差系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
表面粗糙度的測量方式可分為接觸式測量和非接觸式測量。傳統(tǒng)的接觸式測量方 式是使用一個輪廓儀。探針是用來沿著測量表面，以獲得表面的輪廓。雖然輪廓儀提供了較 好的結(jié)果，探針往往損害了測試的表面。此外，粗糙度數(shù)據(jù)容易受探針測量半徑的影響。非 接觸式測量，特別是光學(xué)測量方式，在表面粗糙度的測量中由于具有非接觸、不損傷表面、 精度高和響應(yīng)快等優(yōu)點。已成為表面粗糙度測量技術(shù)中的主要發(fā)展方向。非接觸式測量發(fā) 展較快的既包括原子力、掃描電子顯微鏡等直接測量方式，又包括了光學(xué)散射、散斑、投影 等間接測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在表面粗糙度的測量精度不高的問題，提出了一種檢測平面誤差 系統(tǒng)，利用光學(xué)成像系統(tǒng)的色位移原理進(jìn)行非接觸式平面誤差檢測。微觀上可以反映出表 面的粗糙度，宏觀上可以得到表面的不平度，大大提高了測量精度。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種檢測平面誤差系統(tǒng)，包括照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和波長識 別系統(tǒng)，照明系統(tǒng)包括一個白色光源、照明光學(xué)系統(tǒng)和一個半透半反鏡；成像系統(tǒng)包括無限 遠(yuǎn)型物鏡，色差產(chǎn)生系統(tǒng)和狹縫；波長識別系統(tǒng)包括一個分光光學(xué)系統(tǒng)以及面陣圖像傳感 器；白色的光源發(fā)出的照明光束穿過照明光學(xué)系統(tǒng)，出射的平行光經(jīng)過半透半反鏡和無限遠(yuǎn) 型物鏡，聚焦在被檢測物體上，被檢測物體反射的光進(jìn)入色差產(chǎn)生系統(tǒng)，色差產(chǎn)生系統(tǒng)出來的 光被狹縫有選擇的通過，可通過狹縫的波長的光再通過分光光學(xué)系統(tǒng)成像在面陣圖像傳感器 對應(yīng)位置上，圖像傳感器對應(yīng)位置上的圖像信號送入計算機(jī)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的波長信號。所述色差產(chǎn)生系統(tǒng)是由三組透鏡組成。所述分光光學(xué)系統(tǒng)包括光楔棱鏡、衍射光柵，還包括兩組以光楔棱鏡和衍射光柵 對稱結(jié)構(gòu)的兩組透鏡。所述狹縫為與所述被檢測物體平行放置的水平方向上的狹長縫隙。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明一種檢測平面誤差系統(tǒng)，采用共聚焦光路；采用 普通白光光源，與其他方法采用單色激光光源相比，更具實用和推廣價值；測量精度高，經(jīng) 計算機(jī)模擬仿真可達(dá)到納米級別精度；能夠?qū)崟r在線測量粗糙度。


圖1為本發(fā)明檢測平面誤差系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明所提出的光學(xué)系統(tǒng)是一個共聚焦系統(tǒng)。如圖1所示檢測平面誤差系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和波長識別系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包括一個白色光 源101、照明光學(xué)系統(tǒng)102和一個半透半反鏡105。成像系統(tǒng)包括無限遠(yuǎn)型物鏡104，色差 產(chǎn)生系統(tǒng)201和狹縫109。波長識別系統(tǒng)包括一個分光光學(xué)系統(tǒng)202以及面陣圖像傳感器 (XD116。其中，無限遠(yuǎn)型物鏡104是無限遠(yuǎn)型消色差物鏡的一種；色差產(chǎn)生系統(tǒng)201是由三 組106、107和108透鏡組成；分光光學(xué)系統(tǒng)202是由幾組對稱結(jié)構(gòu)的透鏡110與115、111 與114，再加上光楔棱鏡112和衍射光柵113組合而成。從白色的光源101發(fā)出的照明光束穿過照明光學(xué)系統(tǒng)102，出射的光束是平行光。 然后平行光經(jīng)過半透半反鏡105和無限遠(yuǎn)型物鏡104，聚焦在被檢測物體上103。被檢測物 體103反射的光進(jìn)入色差產(chǎn)生系統(tǒng)201，由于不同波長的光對應(yīng)著不同的焦距，當(dāng)被檢測物 體表面因表面誤差存在起伏變化時，光學(xué)成像系統(tǒng)的物距也相應(yīng)的存在變化，與之對應(yīng)的 只有特定波長的光能通過狹縫109成像，故狹縫109的作用是使得特定波長的光通過。所 設(shè)計的光學(xué)成像系統(tǒng)波長與物距的關(guān)系成單調(diào)遞增關(guān)系，所以只要確定何種波長能通過狹 縫成像，就可以利用單調(diào)關(guān)系，在物方空間計算出被檢測物體的粗糙度和不平度。波長識別系統(tǒng)由分光光學(xué)系統(tǒng)202和面陣CCD116組成，波長識別系統(tǒng)的目的就是 為了確定通過狹縫109的波長。所設(shè)計的分光光學(xué)系統(tǒng)202能夠使各種波長的光在通過水 平狹縫109后成像在(XD116豎直方向上，且波長與成像位置有一一對應(yīng)的關(guān)系。只要確定 CCD豎直哪個的位置接收到像，那么就可以識別出相應(yīng)的波長。所述狹縫109為與所述被 檢測物體103平行放置的水平方向上的狹長縫隙，故該系統(tǒng)可以在同一時刻測量出被檢測 物體103在水平方向上的凹凸情況。如果是被檢測物體表面在水平方向上有連續(xù)變化的凹 凸，那么被檢測物體反射的光經(jīng)過那么面陣CCD上將會顯示一條連續(xù)的曲線，這樣就可以 推算出被檢測物體在水平方向上的粗糙度。面陣CCDl 16可以同時顯示被檢測物體103在水平寬度上表面的粗糙變化情況，只 需要對被檢測物體103在豎直方向上實行一維掃描即可獲得被檢測物體103的二維范圍 內(nèi)的表面粗糙度情況，那么物體103大范圍內(nèi)的不平度的獲得則只需要擴(kuò)大對被檢測物體 103的掃描范圍。
權(quán)利要求
一種檢測平面誤差系統(tǒng)，其特征在于，包括照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和波長識別系統(tǒng)，照明系統(tǒng)包括一個白色光源(101)、照明光學(xué)系統(tǒng)(102)和一個半透半反鏡(105)；成像系統(tǒng)包括無限遠(yuǎn)型物鏡(104)，色差產(chǎn)生系統(tǒng)(201)和狹縫(109)；波長識別系統(tǒng)包括一個分光光學(xué)系統(tǒng)(202)以及面陣圖像傳感器(116)；白色的光源(101)發(fā)出的照明光束穿過照明光學(xué)系統(tǒng)(102)，出射的平行光經(jīng)過半透半反鏡(105)和無限遠(yuǎn)型物鏡(104)，聚焦在被檢測物體(103)上，被檢測物體(103)反射的光進(jìn)入色差產(chǎn)生系統(tǒng)(201)，色差產(chǎn)生系統(tǒng)(201)出來的光被狹縫(109)有選擇的通過，可通過狹縫的波長的光再通過分光光學(xué)系統(tǒng)(202)成像在面陣圖像傳感器(116)對應(yīng)位置上，圖像傳感器對應(yīng)位置上的圖像信號送入計算機(jī)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的波長信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測平面誤差系統(tǒng)，其特征在于，所述色差產(chǎn)生系統(tǒng)(201)是由 三組透鏡(106、107、108)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測平面誤差系統(tǒng)，其特征在于，所述分光光學(xué)系統(tǒng)(202)包括 光楔棱鏡(112)、衍射光柵(113)，還包括兩組以光楔棱鏡(112)和衍射光柵(113)對稱結(jié) 構(gòu)的兩組透鏡(110、115和111、114)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測平面誤差系統(tǒng)，其特征在于所述狹縫(109)為與所述被檢 測物體(103)平行放置的水平方向上的狹長縫隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測平面誤差系統(tǒng)，白色的光源發(fā)出的照明光束穿過照明光學(xué)系統(tǒng)，出射的平行光經(jīng)過半透半反鏡和無限遠(yuǎn)型物鏡，聚焦在被檢測物體上，被檢測物體反射的光進(jìn)入色差產(chǎn)生系統(tǒng)，不同波長的光對于同一光學(xué)系統(tǒng)有不同的焦距，所以也對應(yīng)著不同的像距，由于共聚焦原理只允許相應(yīng)波長的光通過狹縫。相應(yīng)波長的光通過分光光學(xué)系統(tǒng)成像在面陣圖像傳感器特定位置上，圖像傳感器特定位置上的圖像信號送入計算機(jī)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的波長信號。采用共聚焦光路；采用普通白光光源，與其他方法采用單色激光光源相比，更具實用和推廣價值；測量精度高，經(jīng)計算機(jī)模擬仿真可達(dá)到納米級別精度；能夠?qū)崟r在線測量粗糙度。
文檔編號G01B11/30GK101881607SQ201010197670
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者吳宇昊, 李楚元, 李湘寧 申請人:上海理工大學(xué)