[发明专利]光学轮廓仪以及其使用方法

说明书

本公开提供一种光学轮廓仪，所述光学轮廓仪包括光源，所述光源被配置成在感兴趣物体的表面上提供光点。包括透镜和光传感器的光接收器被配置成接收来自所述物体的所述表面的光并且对所述光成像。轮廓测量计算装置耦合到所述光传感器并且包括处理器和耦合到所述处理器的存储器，所述处理器被配置成能够执行所述存储器中包括和存储的程序指令以基于来自所述物体的所述表面的所述经成像的光而计算所述光点在所述物体的所述表面上的多个位置值，其中所述位置值中的每一个基于所述物体围绕旋转轴的旋转而与某一角度旋转值相关联。基于所述计算出的位置值而生成所述物体的轮廓。

本申请要求于2015年8月21日提交的美国临时专利申请序列号62/208,093的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2016年2月1日提交的美国专利申请序列号15/012,361，所述申请以引用的方式整体并入本文。

技术领域

本技术总体涉及光学轮廓测定装置和方法，并且更具体地说涉及高速高精度光学轮廓仪以及其使用方法。

背景技术

几乎所有制品在它们制作出来之后都需要接受检查。触觉传感装置经常被用来为所述检查进行必要的测量。然而，触觉传感装置在其精确地测量复杂的装置，尤其是具有多个精密表面的装置的能力方面可能是有限的。

图1中示出了示例性现有技术触觉表面轮廓仪10。触觉表面轮廓仪10包括触针11，所述触针具有金刚石接触探针12，所述金刚石接触探针与具有旋转轴线(A)的测试物体(TO)的测试表面(TS)接触。触针11联接到臂14，所述臂进而联接到机电位置感测装置(未示出)，诸如LVDT(线性可变位移换能器)。由LVDT输出的电子信号指示金刚石接触探针12的接触点处的测试表面(TS)的高度。随着测试物体(TO)围绕旋转轴线(A)旋转，LVDT输出信号根据测试表面(TS)的轮廓而变化。具体而言，测试物体(TO)可以是具有凸轮凸角(CL)的凸轮轴，并且轮廓测量包括对凸轮凸角(CL)的表面的测量。

触觉表面轮廓仪10存在大量缺陷。例如，在依赖于与测试表面(TS)接触来进行测量的过程中，金刚石接触探针14可能会将不希望的刮擦带给测试表面(TS)。另外，测量过程相对较慢。可以缩短测量时间，但是同样会增加触针11的不希望的抖动或跳动的风险(这会造成轮廓数据中出现空白)。

因此，提出了非接触式测量装置。作为举例，各种现有的光学装置已被开发用于制作间和制作后检查。许多这些现有的光学装置对部件的表面进行扫描并且能够测定在部件的有限距离或表面区域内的部件的表面轮廓。可以由这些现有的光学装置测量的有限距离和表面区域通常归因于扫描设备的有限速度和/或扫描的有限动态范围。就像扫描到部件的凹部中的能力一样，这些光学装置在所有三个轴线上的扫描精度是另一限制，这归因于扫描仪的物理尺寸以及其有限的测量范围。这些限制在尝试测量复杂制品，作为举例诸如曲轴或凸轮轴的表面轮廓时会特别明显，其中长距离或轮廓必须在几微米的精度内测量。另外，用这些现有的光学装置扫描部件的周边周围的必要性增加了容纳在光学检查装置内的光学器件的成本和复杂性。

发明内容

光学轮廓仪包括光源，所述光源被配置成在感兴趣物体的表面上提供光点。包括透镜和光传感器的光接收器被配置成接收来自感兴趣物体的表面的光并且对所述光成像。轮廓测量计算装置耦合到光传感器。轮廓测量计算装置包括处理器和耦合到处理器的存储器，所述处理器被配置成能够执行存储器中包括和存储的程序指令以基于来自感兴趣物体的表面的经成像的光而计算光点在感兴趣物体的表面上的多个位置值，其中多个位置值中的每一个基于感兴趣物体围绕旋转轴的旋转而与某一角度旋转值相关联。基于多个计算出的位置值而生成感兴趣物体的轮廓。