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解析光学测头的运用趋势

2013-04-10 17:28
苏子言岁月
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  接触式测量的第三个问题在于被测物体的表面特性。如果被测物体表面比较柔软,或精细易损,则不适合使用接触式测头。当测针接触物体表面后,轻则使之发生形变,产生较大误差;重则损坏物体表面。

  出于以上原因,光学测量与之相比就有着本质上的优势。光学测量作为一种非接触式测量方法,不使用接触式测针进行采点,而是利用了光的某方面特性来进行测量。这样就完全规避了红宝石球的补偿带来的潜在问题,也使被测物体表面不再受到测针接触带来的影响。至于测量速度则取决于光学测头的种类。但无论哪种测头,其采点方式都是连续的。而且在采点过程中,光学测头区别于接触式测头,接触式测头会因为接触物体表面时速度过快而被认为发生了碰撞,由于光学测头完全不会遇到这个问题,因此进一步提高了采点速度。

  光学测头的分类方法有很多,种类更是繁复。从测量原理上通常可以分为共轴测量和三角测量;从光源属性上可以分为主动光源和被动光源;从光源维度上可以分为点光源、线光源和面光源;从光源色谱上又可以单色光源和白光源。共轴测量中常见的方法有两种。其一是干涉法,它利用了光的波长特性,将一束光通过平面分光镜(半透半反)分成两束。一束由镜面反射至参考平面,另一束则透射至被测物体表面。两束光经叠加后产生干涉条纹,干涉条纹的形式取决于物体的距离与物体表面的几何特征。另一种是共焦法,从一个点光源发射的探测光通过透镜聚焦到被测物体上,如果物体恰在焦点上,那么反射光通过原透镜应当汇聚回到光源,这就是所谓的共焦。在反射光的光路上加上了一块半反半透镜,将反射光折向带有小孔的挡板,小孔位置相当于光源。光度计测量小孔处的反射光强度,强度最大时物体即位于透镜焦点平面,这样即可测得物点的位置。三角测量则是利用了光源、像点和物点之间的三角关系来求得物点的距离。我们以点光源举例(图3):光源向物体发射一个光点,光点到达物体后经过反射在传感器上得到一个像点;光源、物点和像点形成了一定的三角关系,其中光源和传感器上的像点的位置是已知的,由此可以计算得出物点的位置所在。有的测头以线光源来替代点光源,将一条由若干光点组成的光条纹投射到物体表面(图4),传感器上接收到的则是二维畸变光线图像,光线的畸变形状取决于每个物点的位置,这样的线光源测头可以大幅提高采点的速度。更有测头用光栅将一束光分散并编码,形成一定模式的结构光光源,这样在传感器上就可以得到一组畸变光线,从而进一步提高采点的速度(图5)。

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