[发明专利]基于光谱共焦及三角法原理的白光测头

权利要求书

1.一种基于光谱共焦和三角法原理的白光测头系统，其由光谱共焦测量模块(1)、三角测量模块(2)、数据处理模块(3)和运动控制模块(4)组成；

所述光谱共焦测量模块(1)由白光光源(1A)、Y型光纤(1B)、光谱共焦透镜组(1C)、光谱测量模块(1D)组成；白光光源(1A)耦合到Y型光纤(1B)中，Y型光纤(1B)出射的白光经光谱共焦透镜组(1C)成像到工件上，被工件表面反射的光再经光谱共焦透镜组(1C)聚焦进Y型光纤(1B)，并经Y型光纤(1B)传导到光谱测量模块(1D)中，光谱测量模块(1D)完成回光的光谱测量，并把测量结果发送给所述数据处理模块(3)；

所述三角测量模块(2)由成像透镜组(2A)和面阵CCD(2B)组成，实现基于三角法的位移测量；成像透镜组(2A)实现把所述光谱共焦测量模块(1)投影在被测工件表面的白光点成像到面阵CCD(2B)上，面阵CCD(2B)实现白光像点探测并传送到所述数据处理模块(3)；

所述数据处理模块(3)包括光谱数据处理模块(3A)、图像数据处理模块(3B)和数据融合模块(3C)；其中，光谱数据处理模块(3A)处理所述光谱共焦测量模块(1)输出的光谱数据，得到光谱峰值；图像数据处理模块(3B)处理所述三角测量模块(2)中的面阵CCD(2B)采集输出的图像数据，提取白光像点中心；数据融合模块(3C)根据光谱数据处理模块(3A)输出的光谱峰值计算位移量，并根据图像数据处理模块(3B)输出的白光像点中心坐标计算位移量，再把两种不同精度的位移量进行融合，实现大量程、高精度位移测量；

所述运动控制模块(4)根据所述数据处理模块(3)测量得到的位移数据来控制白光测头相对被测工件(5)的运动，保证测头和被测工件(5)的距离在所述光谱共焦测量模块(1)的测量范围内，并实现动态测量；

所述光谱共焦测量模块(1)中的白光光源(1A)采用卤钨灯或者白光LED。

2.一种采用权利要求1所述白光测头系统进行位移测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)光谱共焦测量模块(1)中的白光光源(1A)发出的白光耦合进Y型光纤(1B)中的一个输入端，并从输出端输出，输出的白光经光谱共焦透镜组(1C)聚焦到工件表面；

b)聚焦到工件表面的白光被工件反射，部分反射光再次经光谱共焦透镜组(1C)聚焦到Y型光纤(1B)的输出端，经Y型光纤(1B)传输在另一个输入端输出到光谱测量模块(1D)中；

c)光谱共焦测量模块(1)中的光谱测量模块(1D)测量Y型光纤(1B)输出的光谱，并传送给数据处理模块(3)中的光谱数据处理模块(3A)，根据光谱共焦原理，得到的光谱是近似高斯型的曲线；

d)数据处理模块(3)中光谱数据处理模块(3A)提取光谱曲线的中心波长，并把中心波长值传给数据融合模块(3C)；

e)被测工件表面反射的部分反射光经三角测量模块(2)中的成像透镜组(2A)成像到三角测量模块(2)中的面阵CCD(2B)上，面阵CCD(2B)探测图像信息并输出给数据处理模块(3)；

f)数据处理模块(3)中的图像数据处理模块(3B)提取图像的中心点，并把中心点坐标值传给数据融合模块(3C)；

g)数据处理模块(3)中的数据融合模块(3C)根据光谱数据处理模块(3A)传输的中心波长图计算得到一个被测工件(5)距离测头的距离值，并根据图像数据处理模块(3B)传输的图像中心坐标值计算得到被测工件(5)到测头的另一个距离值，两个距离值具有不同的测量精度；

h)数据融合模块(3C)对两个不同精度的测量数据进行融合，得到最终的距离值；

i)如果被测工件(5)到测头的距离超过了光谱共焦测量模块(1)的测量范围，数据融合模块(3C)会发出指令给运动控制模块(4)，通过运动控制模块(4)来调整测头位置，并进行上述步骤。