1.一種圓孔內(nèi)徑的精密測(cè)量系統(tǒng),其特征在于,包括照明光學(xué)裝置、載物臺(tái)、成像光學(xué)裝置;所述照明光學(xué)裝置包括光纖光源和第一顯微物鏡,所述成像光學(xué)裝置包括第二顯微物鏡、成像透鏡和面陣相機(jī);
所述光纖光源發(fā)出的光通過(guò)所述第一顯微物鏡會(huì)聚,使該光穿過(guò)所述載物臺(tái),并會(huì)聚在所述成像光學(xué)裝置的光軸上,形成聚焦點(diǎn),再經(jīng)過(guò)所述第二顯微物鏡平行射入所述成像透鏡,匯聚于一點(diǎn)進(jìn)入所述面陣相機(jī);
移動(dòng)所述載物臺(tái),當(dāng)通過(guò)所述面陣相機(jī)分別觀察到相互對(duì)稱(chēng)的半圓形焦斑形狀時(shí),聚焦點(diǎn)位置分別處于待測(cè)工件的圓孔內(nèi)徑相對(duì)的兩個(gè)端點(diǎn)上,分別記錄下兩次焦斑形狀呈半圓圖像時(shí)所述載物臺(tái)的坐標(biāo),兩個(gè)坐標(biāo)差的絕對(duì)值為待測(cè)工件的圓孔內(nèi)徑值。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述光纖光源包括光源和光纖,所述光源發(fā)的光通過(guò)所述光纖形成光束,發(fā)送到所述第一顯微物鏡進(jìn)行會(huì)聚。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,還包括反射鏡;
所述光纖光源發(fā)出的光通過(guò)所述第一顯微物鏡會(huì)聚;所述反射鏡反射會(huì)聚的光,使該光穿過(guò)所述載物臺(tái),并會(huì)聚在所述成像光學(xué)裝置的光軸上一點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述載物臺(tái)為三維精密載物臺(tái);
三維精密載物臺(tái)的X軸和Y軸所在平面與待測(cè)工件的圓孔截面平行,X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)用來(lái)確定待測(cè)工件的圓孔內(nèi)徑大小;
三維精密載物臺(tái)的Z軸平行于待測(cè)工件的中心軸,Z軸的坐標(biāo)用來(lái)確定待測(cè)工件圓孔內(nèi)徑的深度位置信息。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其特征在于,所述三維精密載物臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)控制在X、Y、Z軸方向移動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其特征在于,
通過(guò)步進(jìn)電機(jī)在X軸方向和Y軸方向上調(diào)整三維精密載物臺(tái):
第一次通過(guò)步進(jìn)電機(jī)在X軸方向和Y軸方向上調(diào)整三維精密載物臺(tái),相機(jī)上出現(xiàn)的焦斑形狀為半圓形,記錄此時(shí)三維精密載物臺(tái)坐標(biāo)位置;進(jìn)一步在X軸方向和Y軸方向上調(diào)整三維精密載物臺(tái),使會(huì)聚焦點(diǎn)位于直徑的另一個(gè)端點(diǎn)上,相機(jī)上出現(xiàn)的焦斑形狀為半圓形,且與第一次調(diào)整得到的半圓形狀相反,記錄此時(shí)的坐標(biāo)位置;前后兩次位置之差的絕對(duì)值即為測(cè)量的圓孔內(nèi)徑;
通過(guò)步進(jìn)電機(jī)在Z方向調(diào)整三維精密載物臺(tái):
通過(guò)步進(jìn)電機(jī)沿Z軸方向多次調(diào)整三維精密載物臺(tái),聚焦點(diǎn)在待測(cè)工件圓孔內(nèi)壁上位置沿著調(diào)整方向上升或下降,每次調(diào)整后,保持三維精密載物臺(tái)在Z軸方向不變,調(diào)整X軸方向和Y軸方向,獲得在該深度時(shí)的圓孔內(nèi)徑,最終得到孔徑沿深度方向的分布變化。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其特征在于,所述步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)精度為0.050μm。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量精度還取決于第一顯微物鏡和第二顯微物鏡的倍率,第一顯微物鏡和第二顯微物鏡的倍率越大,測(cè)量精度越高。
9.一種圓孔內(nèi)徑的精密測(cè)量方法,其特征在于,包括以下步驟:
步驟S10、調(diào)整第一顯微物鏡與成像光學(xué)系統(tǒng)的第二顯微物鏡之間的距離,使其共光軸、共聚焦點(diǎn);
步驟S20、將待測(cè)工件放在載物臺(tái)上,調(diào)整載物臺(tái),使光聚焦點(diǎn)處于待測(cè)工件圓孔的內(nèi)部,使用面陣相機(jī)觀察焦斑形狀;
步驟S30、在X軸方向和Y軸方向上兩次調(diào)整載物臺(tái),獲得關(guān)于X軸或Y軸對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)半圓形狀焦斑形狀圖像,分別記錄每次焦斑形狀呈半圓圖像時(shí)載物臺(tái)的坐標(biāo),兩處坐標(biāo)差的絕對(duì)值為在該深度的圓孔內(nèi)徑值;
步驟S40、沿Z軸多次調(diào)整載物臺(tái),執(zhí)行步驟S30,得到不同深度的圓孔內(nèi)徑值,獲得該待測(cè)工件圓孔內(nèi)徑沿深度方向的分布變化。