[发明专利]一种内凹型工件的内表面整体三维轮廓测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种内凹型工件的内表面整体三维轮廓测量装置及方法，包括：用于同时生成环形光和准直光的光生成模块，且环形光的传输方向垂直于被测样件的对称中心轴，准直光的传输方向平行于所述被测样件的对称中心轴；用于接收第一反射光并生成第一物像的第一反射光检测模块；用于接收第二反射光并生成第二物像的第二反射光检测模块，以及用于根据第一反射光集获取内凹空间侧面轮廓和根据第二反射光集获取内底面轮廓的控制处理模块。本发明的目的在于提供一种内凹型工件的内表面整体三维轮廓测量装置及方法，有效解决了原各种单探头角度适应性不足，系统结构复杂等问题。

技术领域

本发明涉及轮廓测量技术领域，尤其涉及一种内凹型工件的内表面整体三维轮廓测量装置及方法。

背景技术

随着精密加工技术的不断进步，各种形状的样件表面加工质量不断提升，对表面轮廓检测技术也提出越来越高的要求。轮廓测量方法可分为接触式和非接触式两大类。其中，非接触式测量由于对被测样品表面的无损伤特性而受到青睐，包括干涉法、激光三角法以及共焦法等等。其中，干涉法测量精度极高，但系统结构复杂，且对环境稳定性有非常高的要求；共焦法与激光三角法测头结构紧凑，然而由于角度适应性问题，测量内凹型工件内轮廓时需要多个测头与复杂的机械运动结构配合扫描完成，且测量效率较低。

总而言之，由于空间干涉、测头角度适应性等问题，难以实现简单的内凹型工件内轮廓整体测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内凹型工件的内表面整体三维轮廓测量装置及方法，有效解决了原各种单探头角度适应性不足，系统结构复杂等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

本申请实施例的第一方面提供一种内凹型工件的内表面整体三维轮廓测量装置，包括：

光生成模块，用于同时生成环形光和准直光，且所述环形光的传输方向垂直于被测样件的对称中心轴，所述准直光的传输方向平行于所述被测样件的对称中心轴；

第一反射光检测模块，用于接收第一反射光并生成第一物像；所述第一反射光为所述环形光在第一接触位置生成的反射光，所述第一接触位置为所述环形光与所述被测样件的内凹空间侧面的接触位置；

第二反射光检测模块，用于接收第二反射光并生成第二物像；所述第二反射光为所述准直光在第二接触位置生成的反射光，所述第二接触位置为所述准直光与所述被测样件的内底面的接触位置；

控制处理模块，用于根据第一反射光集获取所述内凹空间侧面的轮廓以及根据第二反射光集获取所述内底面的轮廓；

所述第一反射光集为所述第一反射光的集合，所述第二反射光集为所述第二反射光的集合。

相对于现有的测量方法，本申请实施例提供的轮廓测量装置集内凹型工件的侧面轮廓测量和底面轮廓测量于一体，在测试过程中，无需更换测试光路或测试设备便可以测量内凹型工件的侧面轮廓和内凹型工件的底面轮廓，极大的提高了测试效率；此外，由于本申请实施例提供的轮廓测量装置可同时生成用于测量底面轮廓的准直光和用于测量侧面轮廓的环形光，因此不需要多个测头与复杂的机械运动结构相配合，且环形光传输方向垂直于光轴，不需要与定心结构配合，简化了测量装置的复杂度，降低了测量成本。

优选地，所述光生成模块包括依次共轴设置的光发生器、第一光学系统、圆台棱镜以及正透镜；

所述圆台棱镜的顶面直径小于所述第一光学系统的出射光束直径，所述圆台棱镜的底面直径大于所述出射光束直径，且所述圆台棱镜的侧面与所述圆台棱镜的底面夹角为45°，所述圆台棱镜的顶面靠近所述第一光学系统侧。

优选地，所述第一光学系统包括共轴且沿光路传输方向依次设置的负透镜、正透镜以及匀化片。

优选地，所述光发生器为超连续谱激光器。