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专利名称：一种检测平面误差系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测装置，特别涉及一种检测平面误差系统。
背景技术：
表面粗糙度的测量方式可分为接触式测量和非接触式测量。传统的接触式测量方 式是使用一个轮廓仪。探针是用来沿着测量表面，以获得表面的轮廓。虽然轮廓仪提供了较 好的结果，探针往往损害了测试的表面。此外，粗糙度数据容易受探针测量半径的影响。非 接触式测量，特别是光学测量方式，在表面粗糙度的测量中由于具有非接触、不损伤表面、 精度高和响应快等优点。已成为表面粗糙度测量技术中的主要发展方向。非接触式测量发 展较快的既包括原子力、扫描电子显微镜等直接测量方式，又包括了光学散射、散斑、投影 等间接测量方法。

发明内容
本发明是针对现在表面粗糙度的测量精度不高的问题，提出了一种检测平面误差 系统，利用光学成像系统的色位移原理进行非接触式平面误差检测。微观上可以反映出表 面的粗糙度，宏观上可以得到表面的不平度，大大提高了测量精度。本发明的技术方案为一种检测平面误差系统，包括照明系统、成像系统和波长识 别系统，照明系统包括一个白色光源、照明光学系统和一个半透半反镜；成像系统包括无限 远型物镜，色差产生系统和狭缝；波长识别系统包括一个分光光学系统以及面阵图像传感 器；白色的光源发出的照明光束穿过照明光学系统，出射的平行光经过半透半反镜和无限远 型物镜，聚焦在被检测物体上，被检测物体反射的光进入色差产生系统，色差产生系统出来的 光被狭缝有选择的通过，可通过狭缝的波长的光再通过分光光学系统成像在面阵图像传感器 对应位置上，图像传感器对应位置上的图像信号送入计算机转换为对应的波长信号。所述色差产生系统是由三组透镜组成。所述分光光学系统包括光楔棱镜、衍射光栅，还包括两组以光楔棱镜和衍射光栅 对称结构的两组透镜。所述狭缝为与所述被检测物体平行放置的水平方向上的狭长缝隙。本发明的有益效果在于本发明一种检测平面误差系统，采用共聚焦光路；采用 普通白光光源，与其他方法采用单色激光光源相比，更具实用和推广价值；测量精度高，经 计算机模拟仿真可达到纳米级别精度；能够实时在线测量粗糙度。


图1为本发明检测平面误差系统的光学结构示意图。
具体实施例方式本发明所提出的光学系统是一个共聚焦系统。如图1所示检测平面误差系统的光学结构示意图，系统包括照明系统、成像系统和波长识别系统。该照明系统包括一个白色光 源101、照明光学系统102和一个半透半反镜105。成像系统包括无限远型物镜104，色差 产生系统201和狭缝109。波长识别系统包括一个分光光学系统202以及面阵图像传感器 (XD116。其中，无限远型物镜104是无限远型消色差物镜的一种；色差产生系统201是由三 组106、107和108透镜组成；分光光学系统202是由几组对称结构的透镜110与115、111 与114，再加上光楔棱镜112和衍射光栅113组合而成。从白色的光源101发出的照明光束穿过照明光学系统102，出射的光束是平行光。 然后平行光经过半透半反镜105和无限远型物镜104，聚焦在被检测物体上103。被检测物 体103反射的光进入色差产生系统201，由于不同波长的光对应着不同的焦距，当被检测物 体表面因表面误差存在起伏变化时，光学成像系统的物距也相应的存在变化，与之对应的 只有特定波长的光能通过狭缝109成像，故狭缝109的作用是使得特定波长的光通过。所 设计的光学成像系统波长与物距的关系成单调递增关系，所以只要确定何种波长能通过狭 缝成像，就可以利用单调关系，在物方空间计算出被检测物体的粗糙度和不平度。波长识别系统由分光光学系统202和面阵CCD116组成，波长识别系统的目的就是 为了确定通过狭缝109的波长。所设计的分光光学系统202能够使各种波长的光在通过水 平狭缝109后成像在(XD116竖直方向上，且波长与成像位置有一一对应的关系。只要确定 CCD竖直哪个的位置接收到像，那么就可以识别出相应的波长。所述狭缝109为与所述被 检测物体103平行放置的水平方向上的狭长缝隙，故该系统可以在同一时刻测量出被检测 物体103在水平方向上的凹凸情况。如果是被检测物体表面在水平方向上有连续变化的凹 凸，那么被检测物体反射的光经过那么面阵CCD上将会显示一条连续的曲线，这样就可以 推算出被检测物体在水平方向上的粗糙度。面阵CCDl 16可以同时显示被检测物体103在水平宽度上表面的粗糙变化情况，只 需要对被检测物体103在竖直方向上实行一维扫描即可获得被检测物体103的二维范围 内的表面粗糙度情况，那么物体103大范围内的不平度的获得则只需要扩大对被检测物体 103的扫描范围。
权利要求
一种检测平面误差系统，其特征在于，包括照明系统、成像系统和波长识别系统，照明系统包括一个白色光源(101)、照明光学系统(102)和一个半透半反镜(105)；成像系统包括无限远型物镜(104)，色差产生系统(201)和狭缝(109)；波长识别系统包括一个分光光学系统(202)以及面阵图像传感器(116)；白色的光源(101)发出的照明光束穿过照明光学系统(102)，出射的平行光经过半透半反镜(105)和无限远型物镜(104)，聚焦在被检测物体(103)上，被检测物体(103)反射的光进入色差产生系统(201)，色差产生系统(201)出来的光被狭缝(109)有选择的通过，可通过狭缝的波长的光再通过分光光学系统(202)成像在面阵图像传感器(116)对应位置上，图像传感器对应位置上的图像信号送入计算机转换为对应的波长信号。
2.根据权利要求1所述检测平面误差系统，其特征在于，所述色差产生系统(201)是由 三组透镜(106、107、108)组成。
3.根据权利要求1所述检测平面误差系统，其特征在于，所述分光光学系统(202)包括 光楔棱镜(112)、衍射光栅(113)，还包括两组以光楔棱镜(112)和衍射光栅(113)对称结 构的两组透镜(110、115和111、114)。
4.根据权利要求1所述检测平面误差系统，其特征在于所述狭缝(109)为与所述被检 测物体(103)平行放置的水平方向上的狭长缝隙。
全文摘要
本发明涉及一种检测平面误差系统，白色的光源发出的照明光束穿过照明光学系统，出射的平行光经过半透半反镜和无限远型物镜，聚焦在被检测物体上，被检测物体反射的光进入色差产生系统，不同波长的光对于同一光学系统有不同的焦距，所以也对应着不同的像距，由于共聚焦原理只允许相应波长的光通过狭缝。相应波长的光通过分光光学系统成像在面阵图像传感器特定位置上，图像传感器特定位置上的图像信号送入计算机转换为对应的波长信号。采用共聚焦光路；采用普通白光光源，与其他方法采用单色激光光源相比，更具实用和推广价值；测量精度高，经计算机模拟仿真可达到纳米级别精度；能够实时在线测量粗糙度。
文档编号G01B11/30GK101881607SQ201010197670
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月10日 优先权日2010年6月10日
发明者吴宇昊, 李楚元, 李湘宁 申请人:上海理工大学