CN105378427A - 表面粗糙度测量装置 - Google Patents

Abstract

一种表面粗糙度测量装置，其在一个实施例中包括主发射纤维和辅助发射纤维、多个收集纤维、光学壳体、主反射镜和辅助反射镜，以及外部电路。光学壳体包括纤维，并且限定用于光学地接触物体的表面的孔口。主反射镜布置在光学壳体中，用于将从主发射纤维发射的光反射至孔口的检测点，并且将由物体反射的光反射至收集纤维。辅助反射镜布置在光学壳体中，用于将从辅助发射纤维发射的光反射至检测点。外部电路用于生成激光束至主发射纤维和辅助发射纤维，收集来自收集纤维的反射光，并且基于收集的反射光来计算物体的表面粗糙度。

Description

表面粗糙度测量装置

技术领域

本公开的实施例大体上涉及表面粗糙度测量装置，并且更具体地涉及可在难以接近的区域和恶劣环境中进行测量的表面粗糙度测量装置。

背景技术

表面质量和抛光在如机械、光和医疗的领域中以及在制成品和电子装置中起到重要作用。由于粗糙度是构件的此类重要特征，故其典型地经受质量保证过程。在某些实例中，表面粗糙度控制指示了制造过程的类型，并且甚至可影响构件的功能性能。因此，本行业中已经开发出了一定数量的表面粗糙度测量方法。这些方法可大体上归类为两个种类，即，接触测量方法和非接触测量方法。典型地，大部分表面粗糙度测量方法用于外表面，并且本行业中存在一定数量的已知技术。

内表面粗糙度测量趋于更困难，尤其是对于较小尺寸的构件或具有窄槽口或开口的构件。除内表面测量之外，存在并未良好适合于粗糙度测量的其它情形。例如，构件可具有带使表面测量困难的非平面表面的复杂几何形状。

用于不同的表面粗糙度测量的常规技术趋于具有缺陷，如为破坏性的，具有高成本并且在制造环境中耗时。此外，常规粗糙度测量技术典型地不可容易地区分待测量的物体的加工标记方向，并且常规粗糙度测量技术不可消除一些参数变化影响，如，材料反射率变化、车间中的振动等。

出于这些及其它原因，存在对提供特别用于测量难以接近区域中的表面和提供精确的表面粗糙度值的表面粗糙度测量装置的需要。

发明内容

根据本装置的实施例，提供了一种表面粗糙度测量装置。一个实施例中的表面粗糙度测量装置包括纤维束(其包括主发射纤维、多个收集纤维、辅助发射纤维)、光学壳体、主反射镜、辅助反射镜，以及外部电路。光学壳体包括纤维束和辅助发射纤维，并且限定了用于光学地接触物体的表面的孔口。主反射镜布置在光学壳体中，并且用于将从主发射纤维发射的光反射至孔口的检测点，并且将由物体反射的光反射至多个收集纤维。辅助反射镜布置在光学壳体中，并且用于将从辅助发射纤维发射的光反射至孔口的检测点。外部电路用于生成激光束至主发射纤维和辅助发射纤维，收集来自多个收集纤维的反射光，并且基于收集的反射光来计算物体的表面粗糙度。

根据另一个实施例，提供了一种表面粗糙度测量装置。表面粗糙度测量装置包括纤维束(其包括主发射纤维、多个收集纤维、多个辅助发射纤维)、光学壳体、主反射镜、多个辅助反射镜，以及外部电路。光学壳体包括纤维束和辅助发射纤维，并且限定了用于光学地接触物体的表面的孔口。主反射镜布置在光学壳体中，并且用于将从主发射纤维发射的光反射至孔口的检测点，并且将由物体反射的光反射至多个收集纤维。辅助反射镜布置在光学壳体中，并且用于分别将从辅助发射纤维发射的光反射至孔口的检测点。外部电路用于生成激光束至主发射纤维和辅助发射纤维，收集来自多个收集纤维的反射光，并且基于收集的反射光来计算物体的表面粗糙度。

附图说明

当参考附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点，其中，同样的标记在所有附图中表示同样的部件，其中：

图1为根据一个实施例的表面粗糙度测量装置的示意性透视图。

图2为结合待测量的物体的图1的表面粗糙度测量装置的示意性局部视图。

图3为根据一个实施例的图1的表面粗糙度测量装置的纤维束的截面视图。

图4a为示出来自图1的表面粗糙度测量装置的纤维束的主发射纤维的反射光的示意图。

图4b为示出来自图1的表面粗糙度测量装置的辅助发射纤维的反射光的示意图。

图5a为根据一个实施例的图1的表面粗糙度测量装置的框图。

图5b为根据另一个实施例的图1的表面粗糙度测量装置的框图。

图6a为示出物体的粗糙度和具有物体的两种不同材料反射率的来自主发射纤维的检测的反射光的强度的相关性的比较的图表。

图6b为示出物体的粗糙度和具有物体的两种不同材料反射率的来自辅助发射纤维的检测的反射光的强度的相关性的比较的图表。

图6c为示出物体的粗糙度和由具有物体的两种不同材料反射率的来自主发射纤维和辅助发射纤维的检测的反射光的强度计算的比率的相关性的比较的图表。

图7a为示出表面粗糙度测量装置的分离距离与基于来自主反射纤维的检测的反射光的强度计算的电压值的相关性的图表。

图7b为示出表面粗糙度测量装置的分离距离与基于来自辅助反射纤维的检测的反射光的强度计算的电压值的相关性的图表。

图7c为示出表面粗糙度测量装置的分离距离与基于来自主发射纤维和辅助发射纤维两者的检测的反射光的强度计算的粗糙度的相关性的图表。

图8a为示出表面粗糙度测量装置的三个不同测量位置的示意图。

图8b为示出图8a的表面粗糙度测量装置的测量角与由表面粗糙度测量装置检测的散射强度的相关性的图表。

图9a为根据又一个实施例的图1的表面粗糙度测量装置的框图。

图9b显示了表现由图9a的表面粗糙度测量装置计算的四个表面粗糙度值的四个强度图像。

图10为根据另一个实施例的表面粗糙度测量装置的示意性透视图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参照附图，该附图形成了其一部分，并且其中可实践的特定实施例经由图示显示。足够详细地描述这些实施例以使得本领域技术人员能够实践实施例，并且将理解的是，其它实施例可利用，并且逻辑、机械、电和其它变化可作出，而不脱离实施例的范围。因此，以下详细描述并未以限制意义进行。

除非另外限定，否则本文中使用的技术和科学用语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的意义。如本文中使用的用语″第一″、″第二″等不表示任何顺序、量或重要性，而是用于将一个元件与另一个区分开。另外，用语″一″和″一个″不表示数量的限制，而是表示存在提到的项目中的至少一个，并且用语如″前″、″后″、″底部″和/或″顶部″除非另外指出，否则仅用于便于描述，并且不限于任何一个位置或空间定向。此外，用语″联接″和″连接″不旨在在两个构件之间的直接或间接联接/连接之间区分。相反，此类构件可直接地或间接地联接/连接，除非另外指出。

参照图1，示出了根据一个实施例的表面粗糙度测量装置10的示意图。表面粗糙度测量装置10包括线缆适配器11、纤维束12、辅助发射纤维13、光学壳体14、主反射镜15，以及微型辅助反射镜16。为了易于在附图中示出布置在光学壳体14中的元件的布置，光学壳体14在图1，2，4a，4b和10中示出为透明类型，但在一个实施例中，光学壳体14是不透明的。例如，光学壳体14在一个实施例中由不锈钢制成。

在一些实施例中，线缆适配器11用于在纤维束12中的纤维与外部电路之间，以及在辅助发射纤维13与外部电路之间提供通信接口(将在后面的段落中描述)。在一个实施例中，纤维束12包括绕着纤维束12的中心布置的主发射纤维122，以及围绕主发射纤维122布置的多个收集纤维124。为了易于阐释纤维束12的布置，仅少许收集纤维124在图1中示出，但可存在布置在纤维束12中的更多收集纤维124(见图3)。收集纤维124的数量可根据设计要求和标准改变。例如，收集纤维124的数量可在一个实施例中为一百二十六个。在该实例中，纤维束12的纤维122，124布置在纤维束壳体内，其有助于保持纤维位置。

辅助发射纤维13布置成邻近纤维束12，并且具有与主发射纤维122相同的发射方向。在一个实施例中，辅助发射纤维13联接于纤维束12，而在其它实施例中，辅助发射纤维13布置在纤维束12中作为其中的纤维中的一个。为了在难以接近的区域中测量物体的表面粗糙度，纤维束12的直径设计成小尺寸。例如，在一个实施例中，纤维束12的直径为大约2.1mm，并且纤维束12的纤维122和124的组合数量为一百二十七个。

一起参照图1和图2，图2为连同待测量的物体20的图1的表面粗糙度测量装置10的示意性局部视图。在一些实施例中，光学壳体14为构造成接合纤维束12并且在其一端处限定开口141的壳体。具有辅助发射纤维13的纤维束12的远端通过开口141固持在光学壳体14的至少一部分中。在一个实施例中，光学壳体14的直径为大约3.0mm。主反射镜15布置在光学壳体14中，并且光学地联接于纤维束12，并且在一个实施例中，主反射镜15相对于纤维束12定位，使得来自纤维束12的主发射纤维122的光走向镜15，并且反射到物体20上。在一个实例中，主反射镜15相对于来自纤维束12的主发射纤维122的光定向成大约45度。在一些实施例中，主反射镜15的反射面积等于或大于纤维束12的截面面积，这确保了收集的纤维124可从主反射镜15收集足够的反射光，以在随后的数据处理中计算物体20的粗糙度。

辅助反射镜16布置在光学壳体14中，并且相对于辅助发射纤维13定位，并且在一个实例中，辅助反射镜以与辅助发射纤维13的小于45度的梯度角定向，如，25到35度。在该示出的实例中，辅助发射纤维13与辅助反射镜16之间的距离小于纤维束12与主反射镜15之间的距离。

光学壳体14还限定了主反射镜15的反射表面下方的孔口142。换言之，当激光束′a′从主发射纤维122发射至主反射镜15时，由主反射镜15反射的反射激光束′a′将大致垂直于孔口142传输。此外，辅助反射镜16的布置定向成使得当激光束′b′从辅助发射纤维13发射至辅助反射镜16时，由辅助反射镜16反射的反射激光束′b′将在孔口142的大致相同的检测点处与由主反射镜15反射的反射激光束′a′相交。

即，当物体20邻近孔口142时，反射的激光束′a′和′b′分别传输至物体20的测量表面处的相同检测点。辅助反射镜16的梯度角可根据光学壳体14中的辅助反射镜16的真实位置布置改变。由于光学壳体14的尺寸典型地为小的(如，仅3.0mm)，故光学壳体14可接近物体20的一些难以接近的区域，如，内孔和小凹槽，并且可测量表面粗糙度。在其它实施例中，光学壳体14、纤维束12、主反射镜15和辅助反射镜16的几何形状设计可根据不同的设计要求和标准改变。

再次参照图3，存在定位在纤维束壳体内的多个光学纤维，并且如所绘，主发射纤维122定位在中心，并且具有包绕主发射纤维122的收集纤维124。应当理解的是，主发射纤维122可为一个或更多个纤维。纤维束12的纤维描绘为布置成排和列的形式，然而在其它实施例中，纤维可布置成其它形式。

参照图4a，用于显示来自主发射纤维122并且分别由主反射镜15、物体20和主反射镜15反射的反射光′c′的示意图。图4a仅示出了反射光′c′的两个光束。典型地，反射光′c′的光束的数量典型地由物体20的粗糙度确定。当物体20的粗糙度为高的时，反射光′c′的光束的数量变得较大。相反，当物体20的粗糙度为低的时，反射光′c′的光束的数量变得较小。多个收集纤维124用于收集反射光′c′用于随后的数据处理。

参照图4b，用于显示来自辅助发射纤维13并且分别由辅助反射镜16、物体20和主反射镜15反射的反射光′d′的示意图。图4b仅示出了反射光′d′的两个光束。典型地，反射光′d′的光束的数量由物体20的粗糙度确定。当物体20的粗糙度为高的时，反射光′d′的光束的数量变得较大。相反，当物体20的粗糙度为低的时，反射光′d′的光束的数量变得较小。多个收集纤维124用于收集反射光′d′用于随后的数据处理。

参照图5a，显示了根据一个实施例的图1的表面粗糙度测量装置的外部电路的框图。在一个实例中，外部电路包括激光发生器41、光束开关42、光检测器43、信号处理器44和结果显示器45。

根据一个实施例，激光发生器41用于根据来自信号处理器44的驱动信号生成激光束。光束开关42用于收集来自激光发生器41的激光束，并且根据来自信号处理器44的切换信号，将激光束切换成从主发射纤维122发射的激光束′a′或从辅助发射纤维13发射的激光束′b′。在又一个实施例中，分光器可与来自激光发生器41的激光束一起使用以获得两个或更多个激光束。在另一个实施例中，可存在两个激光发生器41，其分别用于生成激光束′a′和激光束′b′，并且不再需要光束开关42。

光检测器43用于检测来自物体20的反射光′c′和′d′(包括镜面反射光和散射反射光)，其由主反射镜15反射并且由多个收集纤维124收集，并且接着将检测的反射光′c′和′d′的强度转换成对应的电信号，如，电压信号，用于随后的数据处理。在该实例中，光检测器43典型地为单光检测器，而在其它实施例中，两个或更多个光检测器可用于提供冗余和/或提供独立的光检测器用于反射光信号′c′和′d′中的各个。

信号处理器44还用于从光检测器43收集转换的电信号，并且基于在检测到的反射光′c′和′d′基础上生成的转换电信号计算物体20的检测位置的表面粗糙度。信号处理器区段44可包括一个或更多个处理器和相关联的存储器，以储存数据以及软件例行程序和算法。数据和结果可储存成产生物体20的测得的表面粗糙度的数据库。

结果显示器45用于显示物体20的检测位置的表面粗糙度的计算结果。尽管该实例提到了显示结果，但结果还可储存或传送至另一个位置用于随后回顾。在又一个实施例中，结果与一些预先限定的阈值相比较以确定表面粗糙度是否对于物体可接受。如果表面粗糙度在可接受的范围内，则物体可接受。然而，如果表面粗糙度超过阈值，则物体被拒绝。

参照图5b，显示了根据另一个实施例的图1的表面粗糙度测量装置10的框图。相比于图5a的实施例，图5b的表面粗糙度测量装置10还可包括电荷耦合装置(CCD)46和分光器47。分光器47用于分开反射光′c′和′d′的两个传输通道，一个传输通道用于将反射光′c′和′d′传输至光检测器43，并且另一个传输通道用于将反射光′c′和′d′传输至CCD46。CCD46用于直接地显示可确定物体20的表面粗糙度的反射光′c′和′d′的光图像。在一些实施例中，光检测器43和分光器47是可选的，并且仅CCD46用于测量物体20的表面粗糙度。CCD46还可由其它类型的光成像装置替代。

参照图6a，显示了示出物体20的粗糙度和具有物体20的两个不同材料反射率的来自主发射纤维122的检测的反射光′c′的强度的相关性的比较的图表。曲线61对应于物体20的第一材料反射率，而曲线62对应于物体20的第二材料反射率。在其它实施例中，两个曲线61和62分别对应于具有不同材料反射率的两个物体20。由于两个物体20的材料反射率不同，故两个曲线61和62也不同。换言之，如果具有不同材料反射率的许多物体20需要测量，则它们的粗糙度仅基于检测的反射光′c′。对应数量的曲线像曲线61和62需要预先处理。那些曲线如曲线61和62可经由适合的算法处理。

参照图6b，显示了示出物体20的粗糙度和具有物体20的两个不同材料反射率的来自辅助发射纤维13的检测的反射光′d′的强度的相关性的比较的图表。曲线63对应于物体20的第一材料反射率，而曲线64对应于物体20的第二材料反射率。在其它实施例中，两个曲线63和64分别对应于具有不同材料反射率的两个物体。由于两个物体20的材料反射率不同，故两个曲线63和64也不同。换言之，如果具有不同材料反射率的许多物体20需要测量，则它们的粗糙度仅基于检测的反射光′d′。对应数量的曲线像曲线63和64需要预先计算。那些曲线如曲线63和64可经由适合的算法计算。

参照图6c，显示了示出物体20的粗糙度和由具有物体20的两个不同材料反射率的来自主发射纤维122和辅助发射纤维13的检测的反射光′c′和′d′的强度计算的比率的相关性的比较的图表。比率由物体20的材料反射率和检测的反射光′c′和′d′的强度计算。即，比率曲线65通过曲线61和63计算，而比率曲线66通过曲线62和64计算。作为实例，比率根据以下方程计算：R＝(kMI-kAI)/(kMI+kAI)＝(MI-AI)/(MI+AI)。其中R为比率，k为材料反射率，MI为诸如对应于曲线61和63的检测的反射光′c′的强度，AI为诸如对应于曲线62和64的检测的反射光′d′的强度。当物体20具有第一材料反射率时，对应的比率R基于以上方程计算，例如，比率曲线65基于曲线61和63通过使用以上方程计算，而比率曲线66基于曲线62和64通过也使用以上方程计算。

在以上方程R＝(kMI-kAI)/(kMI+kAI)＝(MI-AI)/(MI+AI)中，消除了材料反射率参数k，所以比率曲线65和66大致相同。因此，不论材料反射率是什么，对应的比率曲线相同，并且接着确定仅一个比率曲线(65或66)用于计算物体20的粗糙度，这使得表面粗糙度测量装置10校准简单，并且由此具有提高的效率。例如，在通过使用表面粗糙度测量装置10测量第一物体的粗糙度之后预先确定比率曲线65，来自主发射纤维122和辅助发射纤维13的检测的反射光′c′和′d′的强度分别通过信号处理器44计算，并且接着第一物体的粗糙度可基于确定的比率曲线65和以上方程计算。当第二物体由表面粗糙度测量装置10测量时，第二物体的粗糙度也可基于确定的比率曲线65和以上方程计算。即，需要仅一个确定的比率曲线65来计算具有不同材料反射率的不同物体的粗糙度。换言之，该表面粗糙度测量装置10可自动地补偿材料反射率变化的影响。

参照图7a，显示了示出表面粗糙度测量装置10的分离距离和由光检测器43基于来自主发射纤维122的检测的反射光的强度计算的电压值的相关性的图表。分离距离与电压值之间的关系在图7a中显示为曲线71。明显地，可由车间中的振动引起的分离距离的变化将影响计算的电压值。即，分离变化将在仅使用来自主发射纤维122的检测的反射光时影响测量的粗糙度结果。在图7a中，曲线71的变化比率为大约12％。用语″分离距离″为从装置10的孔口142到物体20的感兴趣区域的距离。

参照图7b，显示了示出表面粗糙度测量装置10的分离距离和由光检测器43基于来自辅助发射纤维13的检测的反射光的强度计算的电压值的相关性的图表。分离距离与电压值之间的关系显示为图7b中的曲线72。明显地，分离变化将影响计算的电压值。即，分离变化将在仅使用来自辅助发射纤维13的检测的反射光时影响测量的粗糙度。在图7b中，曲线72的变化比率为大约17％。

参照图7c，显示了示出表面粗糙度测量装置10的分离距离和基于来自主发射纤维122和辅助发射纤维13两者的检测的反射光的强度计算的粗糙度的相关性的图表。分离距离与计算的粗糙度之间的关系在图7c中显示为曲线73。类似地，当使用来自主发射纤维122和辅助发射纤维13的检测的反射光两者时，分离变化也将影响计算的粗糙度。然而，主发射纤维122和辅助发射纤维13的组合可减小分离变化影响。在图7c中，曲线73的变化比率仅为大约5％，其小于12％和17％。因此，表面粗糙度测量装置10几乎不受振动情形影响。

参照图8a，显示了示出表面粗糙度测量装置10的三个不同的测量位置X，Y，Z的示意图。在测量物体20之前，物体20的加工标记22的方向典型地需要预先确定，即，测量方向应当在粗糙度测量过程期间垂直于加工标记22，如，测量位置Y为适合的测量位置。

参照图8b，显示了示出表面粗糙度测量装置10的测量角和由表面粗糙度测量装置10的来自辅助发射纤维13的检测的散射强度的相关性的图表。理解的是，来自辅助发射纤维13的散射强度在垂直测量位置Y处最大。表面粗糙度测量装置10在物体10的表面上旋转，并且结果显示器45可同时显示散射强度的曲线。当来自辅助发射纤维13的散射强度达到最高值时，这意味着表面粗糙度测量装置10的测量方向Y现在垂直于加工标记22，并且接着物体20的表面粗糙度可相应地在测量位置Y处计算，这获得了正确的粗糙度测量值。

参照图9a，显示了根据又一个实施例的图1的表面粗糙度测量装置10的框图。相比于图5a的实施例，图9a的表面粗糙度测量装置10应用光检测器阵列48来替换光检测器43。在一些实施例中，光检测器阵列48的光检测器的数量等于收集纤维124的数量，并且用于分别检测来自收集纤维124的反射光，并且接着将检测的反射光的强度转化成对应的电信号，如，电压信号，用于随后的数据处理。

在该实例中，信号处理器44进一步用于收集来自光检测器阵列48的光检测器的转换的电信号。来自光检测器阵列48的检测信号可由处理器44处理，以基于可显示在结果显示器45上的转换的电信号来计算强度图像。例如，图9b显示了示出收集纤维124的强度分布的四个强度图像91，92，93，94。为了易于图示，强度图像91，92，93，94中的各个仅显示收集纤维124的强度分布的一部分。作为实例，强度图像91，92，93，94的强度逐渐减小。即，对应于强度图像91，92，93，94的物体20的表面粗糙度值逐渐减小。对应于不同表面粗糙度值的一些基准图像可预先确定。接着，使用者可通过将计算的强度图像与预定基准图像相比较来确定物体20的粗略粗糙度。在其它实施例中，光检测器阵列48也可充当光检测器45来计算表面粗糙度。

在另一个实施例中，物体的表面粗糙度的历史数据可按时比较以示出表面粗糙度的变化。通过将基准数据与随后的表面粗糙度数据相比较，可实施诊断和预测分析。

参照图10，显示了根据另一个实施例的表面粗糙度测量装置10的示意性透视图。相比于图1，图10的粗糙度测量装置10还包括另一个辅助发射纤维17和另一个微型辅助反射镜18。对应地，光束开关42将分别向主发射纤维122、辅助发射纤维13和辅助发射纤维17提供三个开关通道(现在示出)。

辅助发射纤维17布置成邻近纤维束12，并且具有与主发射纤维122相同的发射方向。辅助反射镜18布置在光学壳体14中。相比于辅助发射纤维13，辅助发射纤维17布置有90度方向，并且辅助反射镜18相比于辅助反射镜16对应地布置有90度方向。此外，辅助反射镜18的布置还应当满足：当激光束′e′从辅助发射纤维17发射至辅助反射镜18时，由辅助反射镜18反射的反射激光束′e′将在孔口142的相同检测点处与由主反射镜15反射的反射激光束′a′相交。即，当物体20邻近孔口142时，反射的激光束′a′和′e′分别传输至物体20的测量表面处的相同检测点。此外，由反射激光束′e′和′a′形成的平面粗略垂直于由反射激光束′b′和′a′形成的平面。在不同实施例中，辅助反射镜18的梯度角可根据光学壳体14中的辅助反射镜18的真实位置布置改变。

类似地，基于反射激光束′a′和′e′，物体20的表面粗糙度也可根据以上提到的计算方法来计算。由于表面粗糙度测量装置10的尺寸要求和形状，故可不能够在难以接近的区域中旋转，如，在窄孔中。在此类情形中，表面粗糙度测量装置10可不能够如关于图8a和8b提到地测量物体20的加工标记22的方向。在该情况中，物体20的表面粗糙度基于反射的激光束′a′和′b′计算，并且还基于反射的激光束′a′和′e′计算。在计算物体20的两个表面粗糙度值之后，两个表面粗糙度值中的较大的确定为真实表面粗糙度，这可提高测量准确性。在其它实施例中，粗糙度测量装置10可包括一个以上的辅助发射纤维17和辅助反射镜18，这可计算两个以上的表面粗糙度值以进一步提高测量准确性。

尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解，可作出各种改变，并且等同方案可替换其元件，而不脱离本发明的范围。此外，可使许多改型适合本发明的教导的特定情形或材料，而不脱离其基本范围。因此，意图是，本发明不限于公开为构想用于执行本发明的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

将理解的是，不一定上文所述的所有此类目的或优点都可根据任何特定实施例实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文中所述的系统和技术可以以实现或优化如本文中教导的一个优点或成组的优点的方式实施或执行，而不必要地实现如可在本文中教导或提出的其它目的或优点。

Claims (20)

1.一种表面粗糙度测量装置，包括：

包括主发射纤维和多个收集纤维的纤维束；

第一辅助发射纤维；

光学壳体，其包括所述纤维束和所述第一辅助发射纤维并且限定用于光学地接触物体的表面的孔口；

主反射镜，其布置在所述光学壳体中，用于将从所述主发射纤维发射的光反射至所述孔口的检测点并且将由所述物体反射的光反射至所述多个收集纤维；

第一辅助反射镜，其布置在所述光学壳体中，用于将从所述第一辅助发射纤维发射的光反射至所述孔口的检测点；以及

外部电路，其用于生成激光束至所述主发射纤维和所述第一辅助发射纤维，收集来自所述多个收集纤维的所述反射光，并且基于所述收集的反射光来计算所述物体的表面粗糙度。

2.根据权利要求1所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述外部电路包括：

用于生成所述激光束的激光发生器；

光检测器，其用于检测从所述多个收集纤维收集的所述反射光并且将所述收集的光转换成电信号；以及

至少一个信号处理器，其用于基于从来自所述主发射纤维的所述反射光转换和从来自所述第一辅助发射纤维的所述反射光转换的所述转换电信号来计算所述物体的表面粗糙度。

3.根据权利要求2所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述物体的表面粗糙度基于所述表面粗糙度与基于从所述主发射纤维发射的所述光的所述检测的反射光的强度和基于从所述第一辅助发射纤维发射的所述光的所述检测的反射光的强度的比率之间的预定关系来计算。

4.根据权利要求3所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述比率通过方程R＝(MI-AI)/(MI+AI)计算，其中R为所述比率，MI为基于从所述主发射纤维发射的所述光的所述检测的反射光的强度，AI为基于从所述第一辅助发射纤维发射的所述光的所述检测的反射光的强度。

5.根据权利要求2所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述外部电路还包括用于将所述激光束选择性地切换至所述主发射纤维和所述第一辅助发射纤维的光束开关。

6.根据权利要求2所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述外部电路还包括：

电荷耦合装置(CCD)；以及

分光器，其用于将从所述多个收集纤维收集的所述反射光分别分开至所述光检测器和所述CCD。

7.根据权利要求1所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述主发射纤维围绕所述纤维束中的所述多个收集纤维的中心布置。

8.根据权利要求1所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述光学壳体限定其一端处的开口，具有所述第一辅助发射纤维的所述纤维束的远端通过所述开口固持在所述光学壳体的至少一部分中。

9.根据权利要求8所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述主反射镜布置在所述光学壳体中，并且相对于所述纤维束定位成45度。

10.根据权利要求9所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述第一辅助反射镜布置在所述光学壳体中，并且相对于所述第一辅助发射纤维定位成小于45度的梯度角，所述第一辅助发射纤维与所述第一辅助反射镜之间的距离小于所述纤维束与所述主反射镜之间的距离。

11.根据权利要求1所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述外部电路包括：

用于生成所述激光束的激光发生器；

光检测器阵列，其包括用于分别检测从所述多个收集纤维收集的所述反射光并且将所述收集的光转换成电信号的多个光检测器；以及

信号处理器，其用于通过显示器显示基于所述转换的电信号的所述检测的反射光的强度分布图像。

12.根据权利要求1所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述表面粗糙度测量装置还包括：

固持在所述光学壳体中的第二辅助发射纤维；以及

第二辅助反射镜，其布置在所述光学壳体中，用于将从所述第二辅助发射纤维发射的光反射至所述孔口的检测点；

其中所述外部电路还用于将所述激光束提供至所述第二辅助发射纤维。

13.根据权利要求12所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述物体的表面粗糙度基于所述表面粗糙度与基于从所述主发射纤维发射的所述光的所述检测的反射光的强度和基于从所述第一辅助发射纤维和所述第二辅助发射纤维中的一个发射的所述光的所述检测的反射光的强度的比率之间的预定关系来计算。

14.根据权利要求13所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述比率由方程R＝(MI-AI)/(MI+AI)计算，其中R为所述比率，MI为基于从所述主发射纤维发射的所述光的所述检测的反射光的强度，AI为基于从所述第一辅助发射纤维或所述第二辅助发射纤维发射的所述光的所述检测的反射光的强度。

15.根据权利要求12所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，由所述主反射镜的反射激光束和所述第一辅助发射纤维的反射激光束形成的平面垂直于由所述主反射镜的反射激光束和所述第二辅助发射纤维的反射激光束形成的平面。

16.根据权利要求15所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述第二辅助发射纤维布置有相比于所述第一辅助发射纤维的90度方向。

17.根据权利要求12所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述外部电路还包括用于将所述激光束选择性地切换至所述主发射纤维、所述第一辅助发射纤维和所述第二辅助发射纤维的光束开关。

18.一种表面粗糙度测量装置，包括：

包括主发射纤维和多个收集纤维的纤维束；

多个辅助发射纤维；

光学壳体，其包括所述纤维束和所述多个辅助发射纤维并且限定用于光学地接触物体的表面的孔口；

主反射镜，其布置在所述光学壳体中，用于将从所述主发射纤维发射的光反射至所述孔口的检测点并且将由所述物体反射的光反射至所述多个收集纤维；

多个辅助反射镜，其布置在所述光学壳体中，用于将从所述多个辅助发射纤维发射的反射光分别反射至所述孔口的检测点；以及

外部电路，其用于生成激光束至所述主发射纤维和所述多个辅助发射纤维，收集来自所述多个收集纤维的所述反射光，并且基于所述收集的反射光来计算所述物体的表面粗糙度。

19.根据权利要求18所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述物体的表面粗糙度基于所述表面粗糙度与基于从所述主发射纤维反射的所述光的所述检测的反射光的强度和基于从所述多个辅助发射纤维中的一个发射的所述光的所述检测的反射光的强度的比率之间的预定关系来计算。

20.根据权利要求19所述的表面粗糙度测量装置，其特征在于，所述比率通过方程R＝(MI-AI)/(MI+AI)计算，其中R为所述比率，MI为基于从所述主发射纤维发射的所述光的所述检测的反射光的强度，AI为基于从所述多个辅助发射纤维中的一个发射的所述光的所述检测的反射光的强度。