[发明专利]光纤点探针和具有光纤点探针的距离测量系统

说明书

本发明涉及一种用于距离测量系统的光纤点探针。光纤点探针具有可以连接到光源的光纤，以及评估设备。光源的照明光经由光纤传输到射束形成元件并转换成射束形成照明光。射束形成照明光沿第一光轴被引导至偏转元件的平坦表面并通过反射被偏转。在平坦表面上反射的射束形成照明光沿第二光轴传播，在偏转元件的球形端面上出射并形成聚焦区域在偏转元件外部的聚焦照明射束。能够探测布置在聚焦区域中的对象表面，使得以无接触方式确定相对于探针内部参考表面的距离测量值，其中参考表面被配置用于照明光或参考光形式的射束形成照明光的部分背反射。距离测量值表征球形端面和对象表面之间的距离d。球形端面的曲率中心与第一光轴和第二光轴的交点相同。

技术领域

本发明涉及一种被配置供在距离测量系统中使用的光纤点探针。本发明还涉及包括光纤点探针的距离测量系统。该距离测量系统被配置为评估从光纤点探针发射的照明射束和由于与对象表面的相互作用而创建并由光纤点探针接收的测量光之间的相互作用。测量光的评估可以用干涉测量来实行。

背景技术

从现有技术中已知具有光学传感器的触觉探针系统，该光学传感器包括用于探针元件位置确定的光电转换器。例如，在DE 198 16 270 A1、DE 298 23 884 U1或DE 198 16272 A1中描述了这样的触觉探针系统。然而，需要对象表面的机械偏转和接触探测。

Dietz等人在“An alternative to the laser. A white light measurementmethod enters the sub-µm-range”（Sensor Magazin 4（1997），15-18页[原标题：“Eine Alternative zum Laser. Ein Weißlicht-Messverfahren dringt in den Sub-µm-Bereich ein”]）中描述了非接触式光学测量点探针。点探针是一种彩色共焦操作点探针，其具有射束形成光学器件，用于在光轴方向上进行距离测量。Precitec Optronik GmbHangeboten公司（www.precitec-optronik.de）提供这样的点探针。然而，可用探针的尺寸相对较大，并且仅在难以到达的位置（诸如小钻孔）以有限的方式可使用。

光纤点探针也可以包括GRIN透镜（梯度折射率透镜）。例如，从US 4 806 016 A或DE 10 2005 023 351 A1中已知一种使用GRIN透镜的光学传感器。此外，Hofstetter， D.等人在“Monolithically integrated optical displacement sensor in GaAs/AlGaAs”（Electr. Letters 31（1995），第2121-2122页）中进行了描述，在用于路径测量的迈克尔逊干涉仪的共焦测量路径中使用GRIN透镜。

在DE 32 32 904 A1中公开了一种通过使用激光自动测试表面的探针。对象表面反射的光分离地在明场中和暗场中进行评估。

从DE 197 14 202 A1已知的用于表面光学测试的探针创建照明光，该照明光借助于分束或偏转被引导到待测试表面上的两个不同位置。

DE 20 2017 001 834 U1涉及一种具有集成光纤点探针的触觉探针，其中可以以触觉和/或光学方式顺序测量或也可以同时测量。

Rao，Y.-C.等人的“Recent progress in fibre optic low-coherenceinterferometry”（Meas. Sci. Technol.7（1996），第981-999页）描述了测量系统，其中使用具有小于大约100的短相干长度的短相干光，并且用于距离确定的测量光可以用干涉测量来评估。