3D轮廓在线测量仪制造技术

本发明专利技术公开了一种3D轮廓在线测量仪，包括共焦位移计测头和压电线性驱动器，将共焦位移计测头安装在压电线性驱动台上。共焦位移计测头通过连接板安装在生产加工设备的检测工位上面，当样品移动到共焦位移计测头下面时，给共焦位移计控制器测量信号，压电线性驱动台带动共焦位移计测头往复运动扫描2D轮廓，最终绘制3D轮廓。本发明专利技术提供的3D轮廓在线测量仪，采用非接触式测量，不受样品表面软硬质地影响，不会对样品造成任何划伤。比干涉法测量高度变化值有更优秀的角度特性，测量镜面表面可以达到±25°到±45°左右，测量漫反射表面可以达到最高87°的范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量仪，尤其涉及一种用于电子、汽车、半导体等行业精密零部件在线3D尺寸检测的3D轮廓在线测量仪。
技术介绍
现有技术中，提取轮廓方法有：一、机械触针法。为了测量表面微小的间距和峰谷，需要使用极细的针尖，针尖半径一般为几微米。通常在针尖镶金刚石以提高针尖硬度，降低磨损。在测量的过程中，触针针尖在机构自身重力、外部机械力或电磁力的作用下与被测表面紧密贴合，与触针直接连接或通过机械杠杆连接的传感器检测测量点的高度值。在扫描载物台驱动下，触针相对于被测样品运动并对被测表面逐点扫描，触针针尖划过被测表面从而获取到被测表面的轮廓曲线。机械触针法归纳起来有以下优点：(1)具有较大的水平测量范围，测量范围取决于扫描载物台的运动行程，一般有几十毫米；(2)具有较大的垂直测量范围和较高的纵向分辨率，一般垂直测量范围可达几毫米到十几毫米，纵向分辨率可达纳米量级；二、显微干涉法。显微干涉法是利用光学干涉原理进行表面形貌测量的一种非接触测量方法。干涉显微法包括扫描白光干涉法、相移干涉法、外差干涉法、全息干涉法等。扫描白光干涉法是一种大范围、高精度、相位不模糊的显微干涉法[15]。扫描白光干涉法利用白光相干长度短的特点，使用零级条纹定位。在扫描系统的驱动下，干涉显微镜对被测表面高精度扫描记录每个采样点处于零光程差位置时的扫描位移值，从而取被测表面的三维形貌。相移干涉法和外差干涉法是典型的位相干涉测量方法，通过检测受被测表面形貌调制的显微干涉图像中的位相信息来获取被测表面的三维形貌。全息干涉法是利用光干涉获取被测表面的光强和相位，并用数值模拟光学的衍射过程，再现被测表面的三维形貌。显微干涉法归纳起来有以下特点：(1)采用多采样点测量或面测量，测量效率比机械触针法高；(2)具有较高的纵向分辨率，能达到纳米级以上分辨率；缺点：1.探头比机械发探头更大，在一些在线场合受空间局限不利于安装；2.表面超过5-10°倾斜后就很难产生干涉效应，只适合测量相对较平的表面。机械触针法存在的缺点是：(1)动态性能差和逐点测量决定了该类仪器测量速度慢，这也会引入环境因素的干扰，影响测量结果；(2)触针针尖作用于被测表面，接触力约为几毫牛到几十毫牛，而且随高度变化很大，这会划伤被测表面特别是松软的表面，所以触针法不适合软质材料表面的测量；(3)由于针尖半径的限制，无法测量出超精密表面测量所关心的轮廓中的高频部分，因而机械触针法不适合超精密表面粗糙度的测量，一般只用于表面粗糙度在亚微米量级及更大的表面。显微干涉法存在的缺点是：(1)垂直测量范围小，位相测量法受波长限制，扫描白光干涉一般也只有几十微米；(2)受衍射极限和显微物镜数值孔径的限制，横向分辨率难以突破亚微米量级，因而不适合超精密表面粗糙度的测量。综上所述，针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提出了一种3D轮廓在线测量仪。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种3D轮廓在线测量仪，其中，包括共焦位移计测头和压电线性驱动器，将共焦位移计测头安装在压电线性驱动台上。上述的3D轮廓在线测量仪，其中，共焦位移计测头通过连接板安装在生产加工设备的检测工位上面，音圈电机带动测头做高速往复运动，当样品移动到共焦位移计测头下面时，给软件触发开始记录测量数据，当样品离开测头测量范围后结束数据记录。通过数据处理软件得出物体三维形貌。上述的3D轮廓在线测量仪，其中，压电驱动器通过光栅尺随时反馈位置信号给共焦位移计，共焦位移计在采集高度值得同时会采集一个压电线性驱动器反馈的位置值。而在机台上的样品检测装置则会监测样品是否在测量范围内，从而反馈给共焦位移计决定是否记录数据。上述的3D轮廓在线测量仪的测量方法，具体为：使用压电线性驱动台带动共焦位移计测头进行高速往复扫描，同时记录编码器反馈的位置值和位移计测量到的高度值。在二次仪表上，利用数据算法将往复周期扫描数据绘制成一条条直线，根据样品移动速度添加线对应的y坐标值，利用一条条线及其对应y坐标值二次仪表绘制出被测样品表面三维轮廓，利用二次仪表工具可以获得需要的表面参数；本专利技术相对于现有技术具有如下有益效果：1、共焦位移计测头采用非接触式测量，不受样品表面软硬质地影响，不会对样品造成任何划伤。2、共焦位移计测量比干涉法测量高度变化值有更优秀的角度特性，测量镜面表面可以达到±25°到±45°左右，测量漫反射表面可以达到最高87°的范围。3、整套装置非常小巧，长122mm，宽100mm，高180-240mm，测头位置直径仅27mm，可以方便的集成到各种加工产线上实现高精度的在线3D轮廓测量。4、压电线性驱动台比传统的丝杠或直线导轨更稳定，可以降低扫描装置对测量数据的影响。5、压电线性驱动台可以达到100-200mm/s的超高线速度。压电线性驱动台扫描范围为5mm，按照100mm/s速度，每秒钟可以实现20条轮廓线的扫描；按照200mm/s速度，每秒钟可以实现40条轮廓线的扫描。在这种高速的扫描状态下，被检测样品无需停止下来等待扫描，被检测样品可以在10mm-50mm的移动速度下，被检测出3D轮廓曲线。附图说明图1为共焦位移计的结构示意图。图2为本专利技术提供的3D轮廓在线测量仪的结构示意图。1共焦位移计测头2压电线性驱动器3连接板4共焦位移计控制器5二次仪表6共焦位移计光纤具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。首先对本专利技术中相关技术术语进行解释说明：共焦位移计：共焦位移计是一种新型的超高精度和超高稳定性的非接触光学位移测量仪器，由光源射出一束宽光谱的复色光(呈白色)，通过色散镜头发生光谱色散，在一条轴线上形成一系列不同波长的单色光，每一个波长都对应一个到被测物体的距离值。物体表面将照射光反射回来，通过共聚焦小孔过滤，只有满足共焦条件的单色光，可以通过小孔被光谱仪感测到。通过计算被感测到的波长，换算获得距离值。压电线性驱动器：它利用压电陶瓷基片或薄膜、电致伸缩材料等功能部件实现驱动,主要特征是能够提供较大的横向输出力,同时,又可能实现超高精度和小位移——毫米级的位移行程和原子级的精度。一般用空载速度、最大推进力、效率及其他一些参数来表征压电线性马达。压电线性驱动器具有短距离内提速度快，运动速度快，体积小巧的特点，在很多精密仪器或者设备上被使用。在线测量：就是通过直接安装在生产线上的设备，利用软测量技术实时检测、实时反馈，以便更好地指导生产，减少不必要的浪费。本专利技术提供的3D轮廓在线测量仪，结构为：包括共焦位移计测头1和压电线性驱动器2，压电线性驱动器2可采用音圈电机，将共焦位移计测头1安装在压电线性驱动台上。驱动台带动共焦位移计往复运动。共焦位移计测头1通过连接板3安装在生产加工设备的检测工位上面，当样品移动到共焦位移计测头1下面时，给共焦位移计的二次仪表5测量信号开始记录数据离开后停止。由于不需要触发共焦位移计高速采集数据可以近似看成一条扫描线，利用一条条扫描线便可合成出物体三维轮廓。本专利技术提供的3D轮廓在线测量仪的测量方法为：使用压电线性驱动台2带动共焦位移计测头1进行高度方向数据扫描测量，共焦位移计控制器4在高速采集高度值得同时记录压电线性驱动台2反馈的位置坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D轮廓在线测量仪，其特征在于：包括共焦位移计测头和压电线性驱动器，将共焦位移计测头安装在压电线性驱动台上。

【技术特征摘要】
1.一种3D轮廓在线测量仪，其特征在于：包括共焦位移计测头和压电线性驱动器，将共焦位移计测头安装在压电线性驱动台上。2.如权利要求1所述的3D轮廓在线测量仪，其特征在于：共焦位移计测头通过连接板安装在生产加工设备的检测工位上面，当样品移动到共焦位移计测头下面时，给共焦位移计控制器测量信号，压电线性驱动台带动共焦位移计测头往复扫描2D轮廓从而绘制3D图像。3.如权利要求2所述的3D轮廓在线测量仪，其特征在于：压电线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：时博洋，
申请(专利权)人：上海思信科学仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31