[发明专利]基于光谱共焦及三角法原理的白光测头

摘要

本发明公开了一种基于光谱共焦和三角法原理的白光测头系统和方法。本发明中的白光测头由光谱共焦测量模块、三角测量模块、数据处理模块和运动控制模块组成。光谱共焦测量模块完成基于光谱共焦原理的高精度位移测量，并为三角测量模块提供白光点光源；三角测量模块完成基于三角原理的位移测量，并为光谱共焦测量模块提供定位信息，保证被测工件与白光测头距离在光谱共焦测量模块的测量范围之内；数据处理模块完成对光谱共焦测量模块和三角测量模块输出数据的处理和融合，并把结果输出给运动控制模块；运动控制模块根据数据处理模块的计算结果调整白光测头与工件间的距离。本发明提出的基于光谱共焦和三角法原理的白光测头具有体积小、结构紧凑的优点，并可以实现大量程、高精度位移及轮廓测量。

主权项

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。