光學測量作為一種非接觸式測量方法,在某些方面與接觸式三坐標測量相比具有本質(zhì)上的優(yōu)勢。它不使用接觸式測針進行采點,而是利用了光的
物理特性來進行測量,這樣就能夠完全避免測針補償帶來的潛在問題,也使被測物體表面不再受到測針接觸帶來的影響。而光學測頭的測量速度通常也遠遠高于觸發(fā)式測頭。首先,光學測頭的采點方式都是連續(xù)的,不需要進行測針歸位;而且在采點過程中,光學測頭也區(qū)別于觸發(fā)式測頭:觸發(fā)式測頭會因為接觸物體表面時速度過快而被認為發(fā)生了碰撞,而光學測頭則完全不會出現(xiàn)這個問題。
n7vLw7 'DQp 圖2 紅寶石球與物體表面接觸
,EgIH%*g 光學測頭的分類方法有很多,種類更是繁復。從測量
原理上通?梢苑譃楣草S測量和三角測量;從
光源維度上可以分為點光源、線光源和面光源;從光源色譜上又可以分為單色光源和白光源。共軸測量中常見的方法有2種:其一是
干涉法,它利用了光的
波長特性,將一束光通過平面分光鏡(半透半反)分成兩束,一束由鏡面反射至參考平面,另一束則透射至被測物體表面,兩束光經(jīng)疊加后產(chǎn)生干涉條紋,干涉條紋的形式取決于物體的距離與物體表面的幾何特征;另一種是共焦法,從一個點光源發(fā)射的探測光通過
透鏡聚焦到被測物體上,如果物體恰在焦點上,那么反射光通過原透鏡應當匯聚回到光源,即所謂的共焦。在反射光的光路上加上了一塊半反半透鏡,將反射光折向帶有小孔的擋板,小孔位置相當于光源。光度計測量小孔處的反射光強度,強度最大時物體即位于透鏡焦點平面,這樣即可測得物點的位置。三角測量則利用光源、像點和物點之間的三角關(guān)系來求得物點的距離。以點光源為例:光源向物體發(fā)射一個光點,光點到達物體后經(jīng)過反射在
傳感器上得到一個像點;光源、物點和像點形成了一定的三角關(guān)系,其中光源和傳感器上的像點位置是已知的,由此可以計算得出物點的位置所在。
5L<}u`0J pGi "*oZD 圖3 三角測量結(jié)果
kWfNgu$xK 目前各種光學測頭采用的光源種類主要有
激光和白光。激光作為一種準直、相干的單色光,廣泛地用作測頭光源。白光則是由各種波長的光組成的,因此顏色呈白色。激光和白光的最大區(qū)別在于,激光是一種單色光,因此擁有高度相干性,有些測頭正是利用了激光的相干性來實現(xiàn)其功能;而白光由各種波長的光組成,因此相干性相當微弱。如前所述,利用單色光的高度相干性可以根據(jù)某些原理進行測量,但事物的兩面性同時說明,在有些地方相干性也會干擾測量。例如,激光測頭利用物體表面的反射光進行三角測量時,照射到物體表面的激光會呈現(xiàn)顆粒狀的
結(jié)構(gòu),這種顆粒狀的結(jié)構(gòu)稱為“散斑”,而這種現(xiàn)象稱為“散斑效應”。散斑效應是由于激光照射在粗糙表
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