华侨大学 机电及自动化学院, 福建 厦门 361021
彩色共聚焦测量技术因无需轴向扫描,测量精度和测量效率高等优点,被广泛应用于工业领域,如高度测量和透明材料厚度检测等。然而,常见的彩色共聚焦系统多为同轴照明结构,即照明光轴和成像光轴都垂直于被测试样,系统的信噪比和光能利用率大大降低。现有的斜照明系统成像面光点漂移量较大,测量精度和应用范围受限。为此,本文提出一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量方法,将现有斜照明系统的“V字形”结构调整为“三轴结构”,通过增加调节支路限制光点的漂移;同时,利用面阵彩色相机作为光电接收器件,结合颜色转换算法通过光点颜色得到所需高度值。本文先进行标定实验确定本装置的测量范围及精度;再依次以自制台阶和透明材料作为测量对象,得到相应的被测值。同时,为了验证改进后的系统性能,在相同条件下利用“V字型”系统进行对比实验。实验结果表明,该系统的轴向测量范围为350 μm,重复性优于1.69,轴向测量精度可达到微米级,且该系统具有良好的透明材料厚度测量能力。通过对比试验可以验证,系统对于光点漂移具有良好的抑制效果,且抑制后系统的测量准确度有明显提升。
彩色共聚焦 斜照明 三轴结构 透明材料 chromatic confocal inclined illumination triaxial structure transparent specimen
1 华侨大学 机电及自动化学院, 福建 厦门 361021
2 华侨大学 制造工程研究院, 福建 厦门 361021
彩色共聚焦技术因其高分辨率、高测速的特点, 在表面形貌测量领域备受关注, 然而现有的彩色共聚焦技术多为单点测量, 一定程度上限制了测量效率。本文在彩色共聚焦技术的基础上, 以DMD作为光分束器件, 结合自主研发的大口径色散管镜, 利用面阵彩色相机作为光电接收器件, 研究和建立了基于数字微镜器件的并行彩色共聚焦实验平台, 实现了对被测物面上多个探测点的并行图像处理。最终, 利用所搭建的并行彩色共聚焦测量系统, 对50 μm高的台阶和自制台阶进行了测量, 并对硬币的表面形貌进行了三维恢复。实验结果表明, 该测量系统的轴向测量范围为300 μm, 测量精度达到微米级; 同时, 能够较好地恢复硬币的表面形貌特征, 具有较好的测量效率与可靠性。
光学测量 彩色共聚焦技术 数字微镜器件 彩色相机 表面形貌三维重构 optical measurement parallel chromatic confocal Digital Micromirror Device(DMD) color camera surface topography measurement
华侨大学机电及自动化学院, 福建 厦门 361021
鉴于彩色共聚焦测量技术无需做轴向扫描即可获得高度信息,且轴向分辨率能达到亚微米级、甚至纳米级,基于彩色相机的彩色共聚焦测量方法,提出一种颜色转换算法,并通过仿真对该算法进行优化,建立轴向高度与颜色的对应关系。经过实验分析,该颜色转换算法能够在轴向高度与颜色之间建立良好的线性关系,线性判断系数R2达到了0.9979;同时,对100 μm高度的台阶进行测量,测量精度达到了亚微米级;最后,对硬币表面进行测量和分析,修正了一系列误差后,较好地还原了硬币表面的三维形貌轮廓。
测量 彩色共聚焦 彩色相机 颜色转换算法 亚微米级 三维重构 光学学报
2019, 39(12): 1212001
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院,安徽 合肥 230009
为高灵敏度纳米三坐标测量机(nano-CMM)接触式测头提出了一种高精度高效率的触发控制策略。该策略使用了一种自行研制的4-DVD接触式测头,工件接触测头产生的微小变形会导致测头产生灵敏度极高的触发信号。系统使用超声波马达整合不同驱动模式,实现了高速逼近和低速触发的有效结合。触发过程使用了二次触发策略,即第一次触发获得接触位置的范围,第二次触发用极低的速度,详细记录触发点附近的触发信号,并通过线性拟合的方式求得信号曲线转折点,即为触发位置。该方法解决了驱动分辨率和行程大小的矛盾。实验结果显示:该方法可以有效地避免测头系统的塑性形变,触发位置的重复性可在10 nm以内。结果表明,本文提出的nano-CMM接触式测头触发控制策略在保证精度和稳定性的前提下,表现出了良好的控制效率。
纳米三坐标测量机 接触式测头 超声波马达 二次触发 nano Corrdinate Measurement Machine(nano-CMM) touch probe ultrasonic motor double-trigger method 光学 精密工程
2010, 18(12): 2603