一种装置和方法用于至少一个曲面的非接触式测量。所述装置包括至少一个光源，用于产生具有连续光谱的光，以及包括一个所述光源的出光面。此外，该装置具有至少一个测量头，该测量头包含具有色差的光学成像系统，用来将所述出光面成像在与波长有关的焦平面上，以及具有一个光学光谱仪器，通过该仪器可以记录由所述光学系统投射到要测量的表面然后从该表面上反射的光的光谱强度分布。所述装置还装备有一个估计单元，通过该单元，可将所述光学系统和所述表面之间的距离指定对应于由所述光学光谱仪器记录的强度分布的每个极大值处的波长。所述要测量的表面在一个空间方向（Ｘ）上是平的。所述光学系统的光轴垂直于在该空间方向（Ｘ）上的所述表面。此外，所述光学系统的宽度在该空间方向（Ｘ）上垂直地朝着其光轴缩小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于。
技术介绍
Matthias Kunkel和Jochen Schulze的一篇题为"Mittendikke von Linsen beriihrungslos messen ",Photonik 6/2004的文章中描述了一种这 种类型的装置。为了测量透镜的中间厚度，该文建议测量一个固定参考 点与透镜上下端的顶点之间的距离.为了进行距离测量，将具有光谱宽 带的光耦合进光波导中，并通过光纤耦合器输送到具有显著纵向色差的 物镜上.该物镜将从该光纤端面射出的光根据波长的不同聚焦在要测量 的表面上，在此该表面上形成一个直径为几个微米的测量斑。然而，该 处照明光纤芯的清晰图像只能在波长、的情况下获得。反过来，具有同 样波长"的光被清晰地成像在光纤末端并被耦合回光波导中。其它波长 由于不清晰的成4象而受到强烈的抑制。反射光经过光纤耦合器传播到分 光计中.在分光计中测到的谱在相关的波长3n处给出尖锐的峰。通过校 正，从所发现的波长可以确定要测量的到所述表面的距离。如果透明材 料，具体说是透镜，的两个^^面处于物镜的测量范围之内，那么，在两 个界面上会分别得到两个波长、和、的清晰成像。相应地会观察到两个峰，从中可以测定到所述两个界面的距离Si和S2。为了获得理想的测量特性，具体说为了获得高的光灵敏度和大的分辨 率，用于这个目的的已知的测量头的物镜根据所要求的测量距离具有相 应的大的直径，以产生相应的大的孔径。然而，测量头的安装空间在一 个空间方向上经常是被限制的，特别是当多个测量头以较小的间隔顺序 排列在一起的时候。在这种情况下，希望有相应的窄的测量头。
技术实现思路
本专利技术涉及到一种装置，用于至少一个曲面的非接触式测量，该装置至少包括a) 光源，用于产生具有连续光镨的光，b) 配置到所述光源的出光面，c) 测量头，包含具有色差的光学成像系统，用来将所述出光面成像 在与波长有关的焦平面上，d) 光学光镨仪器，通过该仪器可以记录通过所述光学系统投射到要 测量的表面然后从该表面上反射的光的光谦强度分布，以及e) 估计单元，通过该单元，可以将所述光学系统和所述表面之间的 距离指定对应于由所述光学光镨仪器记录的强度分布的局部极大值处的 每个波长。此外，本装置涉及到一种方法，用于至少一个曲面的非接触式测量， 其中a) 产生具有连续光语的发光面的光源，b) 用一个具有色差的光学系统将所述发光面成像在与波长有关的焦 平面上，c )把投射到要测量的表面然后从该表面上反射的光的光镨强度分布 记录下来，d)将所述光学系统和所^面之间的距离指定对应于所记录的强度 分布的局部极大值处的每个波长.这种类型的已知装置特别用来测定薄层厚度，尤其是测定透镜的中 间厚度。当这些装置被构成扫描3D测量系统时，它们也用于形貌和轮廓 的非接触式测量。典型的应用有，在玻璃、塑料、半导体和汽车工业中 的质量保证和制造控制，既能用在实验室中，也能用在工业制造中。本专利技术的一个目标是，配置引言中所介绍类型的装置和方法，其中 可以^使用其横截面至少在一个空间方向上具有最小可能尺寸的测量头，并且它具有理想的测量特性，具体说是具有高的光灵敏度和大的分辨率。 根据本专利技术，这个目标的实现在于，要测量的表面在一个空间方向 上是平的，光学系统的光轴垂直于该空间方向上的所i^面，该光学系 统的宽度在该空间方向上垂直地朝向其光轴缩小。根据本专利技术，该光学系统因此被做得很窄，使得整个测量头也比已 知的测量头更窄。这样，在光学系统比较窄的空间方向上，光学系统的 孔径相对于其它空间方向上的孔径而言事实上垂直地朝向光轴缩小了。 然而，缩小了的直径对于获得理想的测量特性来说足够了，只要光学系 统的光轴在由光学系统的光轴和缩小的孔径的空间方向所决定的平面中 基本上垂直于所述表面。总之，消除了大的孔径，有利于测量头在光轴 垂直于要测量表面的平面中具有较小的外尺寸，但不会损害测量特性。 另一方面，所4面在其中是弯曲的的平面内，光学系统的孔径足够大 以获得理想的测量结果，从而相应地具有大尺寸。在一个特别有利的实施例中，光学系统可以是一个相对于其光轴呈 径向对称的光学系统，其中，在至少一侧沿着基本上平行于其光轴的方 向去掉一部分。具体说，所述去掉的部分可以被锯掉或磨掉。这样，在 其它的横向空间方向上，光学系统保持了其孔径，从而保持了其理想的 测量特性。可以方便地在光学系统的两个相对侧上分别去掉一部分。这样，测 量头就做成对称的了。为了能以扫描器方式测量表面，测量头可以相对于要测量的表面移 动，具体说，在与光学系统的宽度被缩小的空间方向基本垂直的方向上 移动。所述光学系统优选是一个物镜，具体说，是一个无源的物镜(passive objective )。采用物镜后，可以获得理想的成像特性。此外，不包含任何 电子部分或移动部分的无源光学系统是非常鲁棒的，并且实质上对外界 不敏感，特别是对机械的和/或电子的影响不敏感。为了能够以最小的可能损失将光导入测量头并导离测量头，可以通 过至少一个光波导，具体说是一个多模光波导，将测量头连接到光源和 光学光镨仪器上。在另 一个特别有利的实施例中，在光学系统的宽度缩小的空间方向 上，可以将多个测量头一个接一个地排列起来。这样，可以在多个测量 点上对表面同时测量，从而非常快地进行测量，这些点沿着一条直线排 列，与测量头一致。由于多个测量头在其窄边上紧紧地排列在一起，因 此，相应地可以获得小的测量点间距，从而在这个空间方向上可以获得 大的空间分辨率。为了以扫描器方式测量整个表面，所有的测量头能够 相对于表面同时移动。所述移动可以垂直于测量头较窄的空间方向进行， 或者斜着这个方向进行.方便地，可以使用本装置确定至少一个由两个面所界定的层的厚度， 具体说是壁厚。因此，采用这种装置，可以简单而精确地测定透明的、 尤其是至少是部分圓柱形的物体，特别是玻璃或塑料瓶子的层厚。所述方法的独特之处在于，相对于一个空间方向，所述光学系统的 光轴排列为垂直于所述表面，在该空间方向上，所述要测量的表面是平 的，所述光学系统的宽度在该空间方向上垂直地朝着其光轴缩小。因为所述光学系统以这种方式相对于所述表面排列，其光轴垂直于 该表面，所以在这个空间方向上，为了测量时得到该光学系统的相同的 最佳测量特性，使用相对较小的孔径就足够了.这样，所用测量头可以 做得较窄。总之，避免了大的孔径，有利于在光轴垂直于要测量表面的 平面中产生测量头的较小的外尺寸。附图说明下面借助于附图更加详细地解释本专利技术的 一个示范性实施例，其中，图1示意地显示了平的测量头的侧面纵向截面；图2示意地显示了图1所示的测量头在其一个窄边上的平面图3示意地显示了图l和图2中的测量头的后视图4示意地显示了从侧面看到的具有图1到图3所示三个测量头的测量头设置；图5以平面图示意地显示了测量玻璃圆柱的壁厚时的图4中的测量 头设置。具体实施例方式图1到图3显示了用来对图5中所示的玻璃圆柱12的壁厚进行非接 触式测定的装置的测量头排列(如图4和图5所示，在其它图中未显示) 中的一个细长的测量头，用参考号码10来指代测量头的整体。测量头10通过一个多模光波导(未显示)连接到一个已知的光源上， 该光源用来产生具有连续光镨的光。本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于至少一个曲面的非接触式测量的装置，至少包括： ａ）光源，用于产生具有连续光谱的光， ｂ）所述光源的出光面， ｃ）测量头，包含具有色差的光学成像系统，用来将所述出光面成像在与波长有关的焦平面上， ｄ）光学光谱仪器，通过该仪器能够记录由所述光学系统投射到要测量的表面然后从该表面上反射的光的光谱强度分布，以及 ｅ）估计单元，通过该单元，能够将所述光学系统和所述表面之间的距离指定对应于由所述光学光谱仪器记录的所述强度分布的每个局部极大值处的波长， 其特征在于， 所述要测量的表面（２６）在一个空间方向（Ｘ）上是平的，所述光学系统（２２）的光轴（２４）垂直于该空间方向（Ｘ）上的所述表面（２６），所述光学系统（２２）的宽度在该空间方向（Ｘ）上垂直地朝着其光轴（２４）缩小。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：B米歇尔特，M孔克尔，C迪亚茨，
申请(专利权)人：普莱斯泰克光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。