[发明专利]一种显微条件下物体Z轴方向的无接触高精度测量方法及其测量装置

说明书

本发明公开了一种显微条件下物体Z轴方向的无接触高精度测量方法及其测量装置，其测量方法包括：步骤一：在载物云台上放置标准量块，使标准量块顶面与光学镜头的焦点重合，此时第一次清零光电测距传感器度数；步骤二：调整载物云台上升标准量块厚度，此时第二次清零光电测距传感器度数；步骤三：光学镜头的焦点与光电测距传感器的零点重合；步骤四：使载物云台上的待测物体顶面与光学镜头的焦点重合，并读取取光电测距传感器度数获取待测物体在Z轴方向厚度的绝对值。本发明可在狭小空间内检测Z轴方向物体厚度的绝对值，其精度可达到显微纳米级别，检测效率及检测精度明显优于现有技术。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体为一种显微条件下物体Z轴方向的无接触高精度测量方法及其测量装置。

背景技术

随着科学技术的发展，显微视觉测量得到了广泛的应用。在显微视觉测量装置中，国际上尚无统一标准的测量装置，存在着许多形式不一的测量装置，由于测量的对象不同从而研制和使用不同的测量装置；同时，在机器视觉测量领域，比较成熟的实验仪器和设备主要是适用于宏观物体的测量与研究。而在显微视觉测量中所涉及到的物体大都小于现有技术中的测量探头本身，如易拉罐拉环开槽深度等狭小位置，检测探头无法伸入槽内，因此难以进行检测。

现有技术中的物体Z轴数值多采用三坐标检测系统测量，其原理是通过激光探头在物体上表面定焦，该点作为零点，再找另一点作为参考点，通过传感器器读出二者位移差数值，但是因狭小缝隙的宽度以超过现有技术中三坐标检测系统的激光靶点直径，故该方法无法检测物体狭缝最低点的厚度绝对值，仅可检测物体上表面两点的高度差，通过物体总厚度做减法计算得到最低点厚度值，而物体底面与三轴坐标系统的平面工作台存在一定的定位误差及人为检测误差，在显微纳米条件下，该误差会被放大多倍，难以达到检测精度要求。

经检索，发现以下公开专利：

CN214201158U公开了一种样品全表面三维显微成像系统及方法，涉及医学样品检测仪器技术领域。本系统利用样品形态测量模块测绘待测样品的表面形态，建立三维模型，对三维模型进行网格化，求取每个网格单元中心坐标和法向量，并生成机械扫描命令，利用全方位三维机械扫描模块定点法向移动显微成像模块，使其对每个网格单元内不同高度的样品表面进行显微成像。三维图像重建算法通过连接所有焦平面内的清晰图像，生成样品全表面显微图像。图像评估和反馈系统利用机器学习评估样品表面的高风险或特异区域，由用户决定对局部进行更高精度的显微成像。样品吸附模块包括吸附机构和旋转机构，实现对待测样品的固定和翻转。

经分析，上述公开专利仍未能解决狭小空间内物体Z轴厚度数值的测量问题，且在测量装置结构及测量方法上均与本申请存在较大差异，因此不影响本申请的新颖性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种显微条件下物体Z轴方向的无接触高精度测量方法及其测量装置，该测量装置及其测量方法可在狭小空间内检测Z轴方向物体厚度的绝对值，其精度可达到显微纳米级别，且仅需进行一次标准量块辅助标定调零，便可进行多次不同厚度物体的测量工作，检测效率及检测精度明显优于现有技术。

一种显微条件下物体Z轴方向的无接触高精度测量方法，包括以下步骤：

步骤一：首先在载物云台的检测孔上水平放置标准量块，保证标准量块的顶面由光学镜头照射，标准量块的底面由光电测距传感器照射，而后升降调整载物云台，使光学镜头可采集到最佳图像的焦点与标准量块的顶面重合；该焦点与标准量块顶面的重合定位信息由光电测量系统采集光学镜头图像，并最终计算确定；此时将光电测距传感器的读数清零；

步骤二：调整载物云台上升，该载物云台上升动作的起点为光电测距传感器经步骤一清零后的零点，且整载物云台的上升数值为标准量块已知的厚度值，并确保该已知的厚度值与光电测距传感器上的读数吻合；而后再次将光电测距传感器的读数清零；

步骤三：经过步骤一及步骤二对测量装置进行标定，使光学镜头的焦点与光电测距传感器的零点重合；