[发明专利]一种简易的斜照明式彩色共聚焦测量系统及检测方法

说明书

本发明涉及一种简易的斜照明式彩色共聚焦测量系统，包括复色点光源模块、色散镜头模块、运动载物模块、反射镜和光线采集计算模块。复色点光源模块发出光斜向下透过色散镜头模块，至运动载物模块，再斜向上反射至反射镜，二次反射至光线采集计算模块。运动载物模块装载被测物。将入射光以倾斜角投射到被测物表面，不同波长的光聚焦到不同的轴向高度，在被测物表面形成光斑，光线采集计算模块接收和分析光波信号，移动被测物，光线采集计算模块采集被测物所有采样点信息并进行点云建模生成表面三维形貌信息。本测量系统和检测方法适用于无法在垂直方向上检测样品表面形貌，如航空发动机转子叶片的表面形貌测量、玻璃等透明材料的厚度测量。

技术领域

本发明涉及非接触式表面三维形貌检测领域，具体而言，涉及一种简易的斜照明式彩色共聚焦测量系统及检测方法。

背景技术

科学技术的快速发展，带动了制造业的产业升级，使得生产加工的产品越来越精密，社会对高精度产品的表面三维形貌检测技术也提出了更高的要求。表面测量技术跨越了科学和工业等许多不同领域，在生物医学、地质样品、加工材料、机械零部件、集成电路、微机电系统和光学元件等领域得到广泛的应用。

目前在表面三维形貌检测领域，光学检测方法因其具有非接触、高精度、高速度、适应性强等优势已经超越了传统的接触式测量并成为主流的检测方法。传统的光学检测方法通常包括白光干涉法、激光三角法、像散法、激光共焦法等。彩色共聚焦技术与这些传统的光学检测方法相比，扫描时间更短，精度更高，更能适应工业检测的需求。

彩色共聚焦技术原理通过结合机械位移装置对被测物表面进行扫描，根据传感器采集到的光谱信息变化反映位置信息。彩色共聚焦技术与传统的激光共焦测量方法相比，不需要轴向扫描，节约了检测时间，提高了检测速度，并且可以实现亚微米级别的检测精度。

彩色共聚焦技术通常需要将测量光垂直照射在被测物表面，才能保证将测量光线反射回检测装置，因此常规的彩色共聚焦测量装置的照明系统通常只能垂直于被测物表面进行测量。但实际上存在一些特殊情况，限制了上述传统的测量方案：例如应用于航空发动机转子叶片的表面形貌的检测时，由于两片叶片之间的空间非常狭小，压缩了在竖直方向测量的几何空间；例如测量玻璃厚度时，垂直入射的光在玻璃上下表面反射后，反射光会重叠，会对接收端产生干扰。类似于这种不能在垂直方向上进行测量情况在其他工业检测领域也经常会出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有彩色共聚焦测量系统只能垂直于被测物进行测量，无法在非垂直方向上测量表面形貌的现状。

为了解决以上技术问题，本发明提出了一种斜照明方式采集物体表面信息的彩色共聚焦测量系统，可以实现在不同几何角度的测量，该方案可以应用推广到其他相关的表面形貌测量领域。本发明的技术方案如下。

一种简易的斜照明式彩色共聚焦测量系统，所述测量系统包括复色点光源模块、色散镜头模块、运动载物模块、反射镜和光线采集计算模块。所述复色点光源模块发出的入射光斜向下透过所述色散镜头模块，斜向下射出至所述运动载物模块，然后斜向上反射至所述反射镜，再斜向下二次反射至所述光线采集计算模块；所述复色点光源模块的发光口朝向所述色散镜头模块，所述运动载物模块设置于所述色散镜头模块的出射端外焦点上；所述运动载物模块包括载物台，用于装载被测物。所述光线采集计算模块还连接于所述运动载物模块。