CN108027257A - 光学轮廓仪以及其使用方法 - Google Patents

光学轮廓仪以及其使用方法 Download PDF

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CN108027257A CN201680052681.3A CN201680052681A CN108027257A CN 108027257 A CN108027257 A CN 108027257A CN 201680052681 A CN201680052681 A CN 201680052681A CN 108027257 A CN108027257 A CN 108027257A
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Abstract

本公开提供一种光学轮廓仪，所述光学轮廓仪包括光源，所述光源被配置成在感兴趣物体的表面上提供光点。包括透镜和光传感器的光接收器被配置成接收来自所述物体的所述表面的光并且对所述光成像。轮廓测量计算装置耦合到所述光传感器并且包括处理器和耦合到所述处理器的存储器，所述处理器被配置成能够执行所述存储器中包括和存储的程序指令以基于来自所述物体的所述表面的所述经成像的光而计算所述光点在所述物体的所述表面上的多个位置值，其中所述位置值中的每一个基于所述物体围绕旋转轴的旋转而与某一角度旋转值相关联。基于所述计算出的位置值而生成所述物体的轮廓。

Description

光学轮廓仪以及其使用方法
本申请要求于2015年8月21日提交的美国临时专利申请序列号62/208,093的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。
相关申请的交叉引用
本申请涉及于2016年2月1日提交的美国专利申请序列号15/012,361，所述申请以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本技术总体涉及光学轮廓测定装置和方法，并且更具体地说涉及高速高精度光学轮廓仪以及其使用方法。
背景技术
几乎所有制品在它们制作出来之后都需要接受检查。触觉传感装置经常被用来为所述检查进行必要的测量。然而，触觉传感装置在其精确地测量复杂的装置，尤其是具有多个精密表面的装置的能力方面可能是有限的。
图1中示出了示例性现有技术触觉表面轮廓仪10。触觉表面轮廓仪10包括触针11，所述触针具有金刚石接触探针12，所述金刚石接触探针与具有旋转轴线(A)的测试物体(TO)的测试表面(TS)接触。触针11联接到臂14，所述臂进而联接到机电位置感测装置(未示出)，诸如LVDT(线性可变位移换能器)。由LVDT输出的电子信号指示金刚石接触探针12的接触点处的测试表面(TS)的高度。随着测试物体(TO)围绕旋转轴线(A)旋转，LVDT输出信号根据测试表面(TS)的轮廓而变化。具体而言，测试物体(TO)可以是具有凸轮凸角(CL)的凸轮轴，并且轮廓测量包括对凸轮凸角(CL)的表面的测量。
触觉表面轮廓仪10存在大量缺陷。例如，在依赖于与测试表面(TS)接触来进行测量的过程中，金刚石接触探针14可能会将不希望的刮擦带给测试表面(TS)。另外，测量过程相对较慢。可以缩短测量时间，但是同样会增加触针11的不希望的抖动或跳动的风险(这会造成轮廓数据中出现空白)。
因此，提出了非接触式测量装置。作为举例，各种现有的光学装置已被开发用于制作间和制作后检查。许多这些现有的光学装置对部件的表面进行扫描并且能够测定在部件的有限距离或表面区域内的部件的表面轮廓。可以由这些现有的光学装置测量的有限距离和表面区域通常归因于扫描设备的有限速度和/或扫描的有限动态范围。就像扫描到部件的凹部中的能力一样，这些光学装置在所有三个轴线上的扫描精度是另一限制，这归因于扫描仪的物理尺寸以及其有限的测量范围。这些限制在尝试测量复杂制品，作为举例诸如曲轴或凸轮轴的表面轮廓时会特别明显，其中长距离或轮廓必须在几微米的精度内测量。另外，用这些现有的光学装置扫描部件的周边周围的必要性增加了容纳在光学检查装置内的光学器件的成本和复杂性。
发明内容
光学轮廓仪包括光源，所述光源被配置成在感兴趣物体的表面上提供光点。包括透镜和光传感器的光接收器被配置成接收来自感兴趣物体的表面的光并且对所述光成像。轮廓测量计算装置耦合到光传感器。轮廓测量计算装置包括处理器和耦合到处理器的存储器，所述处理器被配置成能够执行存储器中包括和存储的程序指令以基于来自感兴趣物体的表面的经成像的光而计算光点在感兴趣物体的表面上的多个位置值，其中多个位置值中的每一个基于感兴趣物体围绕旋转轴的旋转而与某一角度旋转值相关联。基于多个计算出的位置值而生成感兴趣物体的轮廓。
一种生成感兴趣物体的轮廓图像的方法包括相对于感兴趣物体安置光学轮廓仪。光学轮廓仪包括光源，所述光源被配置成在感兴趣物体的表面上提供光点。包括至少一个透镜和光传感器的光接收器被配置成接收来自感兴趣物体的表面的光并且对所述光成像。轮廓测量计算装置耦合到光传感器。由轮廓测量计算装置基于来自感兴趣物体的表面的接收到的光束而计算光点在感兴趣物体的表面上的多个位置值，其中多个位置值中的每一个基于感兴趣物体围绕旋转轴的旋转而与某一角度旋转值相关联。基于多个计算出的位置值而生成感兴趣物体的切片的轮廓图像。
一种制造光学轮廓仪的方法包括提供光源，所述光源被配置成在感兴趣物体的表面上提供光点。提供光接收器，所述光接收器包括透镜和光传感器，所述光接收器被配置成接收来自感兴趣物体的表面的光束。轮廓测量计算装置耦合到光传感器，所述轮廓测量计算装置包括处理器和耦合到处理器的存储器，所述处理器被配置成能够执行存储器中包括和存储的程序指令以基于来自感兴趣物体的表面的接收到的光束而计算光点在感兴趣物体的表面上的多个位置值，其中多个位置值中的每一个基于感兴趣物体围绕旋转轴的旋转而与某一角度旋转值相关联。基于多个计算出的位置值而生成感兴趣物体的切片的轮廓图像。
要求保护的技术提供多个优点，包括提供采用来精确地测量测试物体的表面的周边轮廓的紧凑型非接触式光学轮廓仪。光学轮廓仪包括光源，所述光源将测试光引导到感兴趣表面上。测试光的一部分从感兴趣表面反射或散射到成像透镜中，所述成像透镜将测试表面的测试光的图像形成在图像传感器上。之后由轮廓测量计算装置例如使用三角测量算法来对图像传感器进行读出操作以确定测试物体在测试物体上测试光的入射位置处的高度或半径。测试物体安装在旋转台上，所述旋转台允许测试物体围绕轴旋转。在测试物体的旋转期间进行一系列半径测量以确定部件的轮廓。另外，可以提供平移台，所述平移台允许光学轮廓仪相对于测试物体进行线性运动，这提供来用于测量更复杂的测试物体，诸如凸轮轴、滑动凸轮以及其螺旋形凸轮槽，或甚至更复杂的形状，诸如飞机螺旋桨。
附图说明
图1是利用触针式探针的现有技术触觉表面传感装置的侧视平面图；
图2是示例性光学轮廓仪的方框图；
图3是图2的示例性光学轮廓仪的光源组件和光接收组件的侧视平面图；
图4是图2的示例性光学轮廓仪的光源组件和光接收组件的等距视图；
图5是根据要求保护的技术的一个实例的安装在旋转台中的测试物体的侧视图；
图6是使用图2-4所示的光学轮廓仪获得的轴半径轮廓的输出的示例性曲线图；
图7是安装在光学轮廓仪中的示例性滑动凸轮测试物体的等距视图；
图8是安装在光学轮廓仪中的示例性滑动凸轮测试物体的侧视图；
图9是光学轮廓仪的端视图；
图10是光学轮廓仪的方框图；并且
图11是使用图7-10所示的光学轮廓仪进行的示例性测量过程的流程图。
具体实施方式
图2-4中示出了光学轮廓仪100的实例。在这个特定实例中，光学轮廓仪100包括光源组件102、光接收组件104、诸如数字处理器106或其他计算设备的轮廓测量计算装置以及任选的旋转台107，但是光学轮廓仪100可以包括其他类型或数量的其他系统、装置、部件和/或其他元件，诸如附加光学器件、台架和/或数字处理器。虽然图3和图4将光源组件102和光接收器组件104示出为单独的组件，但是应理解，光源组件102和光接收器组件104可以整合到单一组件中以有助于组件制造或有助于其在较大测量设备内的运动。
这种示例性技术提供多个优点，包括提供光学轮廓仪，所述光学轮廓仪可以被用来生成复杂对象，诸如凸轮轴或曲轴的轮廓，其中长距离或深或复杂轮廓必须在几微米的精度内测量。这项技术利用非扫描式光源组件，即在没有用光源对表面进行扫描的情况下测量这些复杂轮廓，这降低了光学轮廓仪的成本和复杂性。另外，如下文进一步详细所描述，光学轮廓仪可以与标准计量器中已采用来测量凸轮轴或曲轴的旋转台一起使用。要求保护的技术的光学轮廓仪可以有利地被用来对仅作为举例诸如凸轮轴和曲轴的物体的轮廓进行各种误差测量。
更确切地参考图2-4，在这个特定实例中，定位在光学轮廓仪100的光源组件102内的部件和/或其他元件包括光源108、光源光学器件110以及电子光源驱动器112，但是光源组件102可以包括其他类型和/或数量的呈其他配置的其他系统、装置、部件和/或元件。
在这个特定实例中，仅作为举例，光源108是激光二极管(在本领域中又称为二极管激光器)，但是也可以利用其他光源，诸如发光二极管(LED)。光源108牢固地安置在光源组件102内，使得光源108保持固定，从而提供由光源108生成的光的已知来源。在另一个实例中，光源108，诸如二极管激光器或LED与光源组件102分开定位并且经由光纤传送到光源组件102中，其中光纤牢固地安置在光源组件102内以提供从光纤生成的光束的已知来源。
在这个实例中，光源108发射可见光，诸如在635nm至670nm范围内的红光或(单色图像传感器特别敏感的)在500nm至555nm范围内的绿光，或在相较于其他较长波长不太容易发生衍射效应的400nm至470nm范围内的蓝光，但是光源108可以发射其他类型的光，仅作为举例诸如近红外范围内的光或在1310至1550nm范围内对于眼睛来说本质上安全的光。在一个实例中，光源108提供光束，使得光学轮廓仪100是CDRH II级装置，或更安全的诸如IIA级或I级装置。
在这个实例中，从光源108发射的光是连续波束，但是可以使用其他类型和/或数量的光束。作为举例，由光源108发射的光可以是脉冲的并且脉冲光可以如下所述被图像传感器利用来区分有待测量的光与背景光。还可以基于正接受轮廓测定的测试物体(TO)的测试表面(TS)的反射性和纹理而调整从光源108发射的光的功率，但是也可以基于与正接受轮廓测定的测试物体(TO)相关的其他因素而调整光源108的其他特征。
在这个特定实例中，光源组件102包括光源光学器件110，所述光源光学器件用于调节从光源108发射的光。在一个实例中，光源光学器件110包括透镜，所述透镜能够引导由光源108产生并相对于光源108安置的光束114，使得光束114如图3所示被聚焦来在仅作为举例诸如凸轮凸角(CL)的测试物体(TO)的测试表面(TS)上的测量位置116处形成图像。
另外，光源光学器件110可以包括标线片或掩模，所述标线片或掩模具有一个或多个基本上透明的孔隙，所述一个或多个基本上透明的孔隙决定光图案在聚焦在测试物体(TO)的测试表面(TS)上的测量位置116处时的形状。在一个实例中，标线片具有为圆形、椭圆形、十字准线或‘X’形、线形或一系列线形或网格线形的透明孔隙形状。光源组件102内的光源光学器件110的聚焦透镜对光进行调节，使得聚焦在测量位置116处的输出光具有介于1μm与1000μm之间，或优选地介于10μm与200μm之间的特征尺寸宽度，但是光源组件102可以包括其他类型和/或数量的其他光学器件和/或其他元件来提供具有其他特征或其他直径的光束。
在这个特定实例中，诸如二极管激光器或LED的光源108经由电子光源驱动器112耦合到数字处理器106或其他轮廓测量计算装置。电子光源驱动器112从数字处理器106或其他轮廓测量计算装置接受数字命令，仅作为举例诸如打开和关闭光源108，但是光源驱动器112可以提供其他类型和/或数量的命令，诸如对从光源108发射的光束的功率进行调整。在这个实例中，来自光源驱动器112的命令信号被提供为模拟信号，但是也可以使用数字信号。在这个特定实例中，光源驱动器112是单芯片解决方案，诸如由ic-Haus制造的iC-HTCW激光二极管驱动器，但是也可以利用其他类型和/或数量的其他激光驱动器。
在这个实例中，光源驱动器112是可以含有可编程逻辑的电子电路，所述电子电路从数字处理器106接收电子信号并且将其转换成适合于适当地驱动光源108的正确的电压和电流以及可能波形的电子信号，但是也可以使用其他类型的驱动器。光源驱动器112还可以包括始于光源108的反馈回路(未示出)，使得光源108的光学功率输出甚至是在周围环境变化，诸如气温变化或光源108自身的温度变化期间也能维持在基本上恒定的水平上。
再次参考图2-4，在这个特定实例中，光接收组件104包括壳体118，所述壳体封闭成像光学器件120；图像传感器122；以及图像传感器计算机接口124，但是光接收组件104也可以包括其他类型和/或数量的其他光学部件。
光接收组件104的壳体118由任何合适的金属或塑料构成，但是其他材料也可以用于壳体118。在这个实例中，壳体118仅作为举例诸如密闭地密封，以便于防止污染物干扰光学器件和定位在壳体118内部的其他部件。
光接收器组件104的成像光学器件120将接收到的光，诸如来自测试物体(TO)的测试表面(TS)的光束117聚焦到图像传感器122上。光接收组件104的成像光学器件120在物空间中应是远心的，因此成像光学器件120的放大倍率不会随着测试物体(TO)的测试表面(TS)上的测量位置116与成像光学器件120之间的距离的变化而变化。在一个实例中，光接收器组件104的光学元件以近似-0.60的放大倍率值将图像提供在图像传感器122上，但是也可以提供诸如介于-0.2与-3.0之间的其他放大倍率。
光接收器组件104内的成像光学器件120提供非常低的光学畸变。诸如桶形或枕形畸变的光学畸变是透镜放大倍率随着距离图像平面中的光轴的径向距离的变化而变化，并且通常按百分率来测量。光学畸变会造成像点在图像传感器122上定位在错误位置上并且造成对测试物体(TO)的测试表面(TS)的错误测量。虽然可以表征光学畸变并且随后在校准过程中从测量中消除所述光学畸变，但是优选的是，在透镜设计过程期间就最小化畸变，使得所述畸变小于0.1％，或优选地小于0.02％。
在这个实例中，如图3和图4所示，光接收器组件104的成像光学器件120仅作为举例包括第一透镜元件126、孔径光阑128、第二透镜元件130以及滤光器132，但是光接收组件104也可以包括作为成像光学器件120的部分的其他类型和数量的光学部件。
第一透镜元件126被安置成接收从测试物体(TO)的测试表面(TS)上的测量位置116进入光接收器组件104的光。在这个实例中，第一透镜元件126是一个或两个表面不为球面的非球面透镜，但是具有其他特征或其他数量的球面和非球面表面的的其他类型和/或数量的其他透镜也可以用于第一透镜。第一透镜元件126朝向孔径光阑128聚焦从测试物体(TO)的测试表面(TS)上的测量位置116接收的光。在这个实例中，第一透镜元件126是玻璃透镜，但是其他类型和/或数量的其他材料也可以用于第一透镜元件126，诸如聚合物材料，诸如丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯或具有低吸湿性和膨胀性的聚合物材料，诸如可获自Zeonex的环烯烃聚合物，仅作为举例诸如Zeonex E48R。
孔径光阑128在壳体118中定位在第一透镜元件126与第二透镜元件130之间。孔径光阑124限制进入第二透镜元件130的光的量，并且因此限制抵达图像传感器122的焦平面的光的量。更重要的是，孔径光阑124被配置和安置成阻止所有非远心射线穿过其中到达第二透镜元件130。孔隙的直径可以是介于0.1mm与5.0mm之间。
第二透镜元件130安置在壳体118内以接收经由孔径光阑128发射的光。在这个实例中，第二透镜元件130是非球面透镜，但是具有其他构型或其他类型和/或数量的非球面或球面表面的其他类型和/或数量的其他透镜也可以用于第二透镜元件130。第二透镜元件126被配置成将定位在测试物体(TO)的测试表面(TS)上的测量位置116处的斑点的图像提供在图像传感器122上。在这个实例中，第二透镜元件130是玻璃透镜，但是其他材料也可以用于第二透镜元件130，诸如聚合物材料，诸如丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯或具有低吸湿性和膨胀性的聚合物材料，诸如可获自Zeonex的环烯烃聚合物，仅作为举例诸如ZeonexE48R。
滤光器132安置在壳体118中以从第二透镜元件130接收光。滤光器被配置成能够选择性地传输波长能够被图像传感器122或其他检测器感测的光。更具体地说，滤光器132仅传输由光源组件102的光源108发射的光束114内所含的所述波长。在这个实例中，滤光器132具有近似10mm的输入表面直径，但是滤光器132也可以具有诸如介于5mm与40mm之间的其他尺寸的输入表面。另外，滤光器132可以具有楔形物，所述楔形物被引入到所述滤光器的两个表面之间以减少或消除滤光器132内可能会导致重影显现在图像传感器122上的多次光反射。另外，滤光器132可以倾斜的方式安装在壳体118中，即其方式为使得滤光器132的任一侧都不垂直于光轴，这会进一步减少重影的出现。滤光器132可以是通带小于50nm宽的带通滤波器，并且可以使通带的中心波长基本上等于光源108的发射波长。
图像传感器122或其他光检测装置被安置成接收在光接收器组件104内的成像光学器件120的焦平面处的光。图像传感器122或其他检测器可以针对存在于光束114中的波长进行匹配，因此可以检测到所述波长，但是图像传感器122或其他检测装置通常由硅构成并且具有宽泛的从近似400nm至1100nm的光谱敏感度范围。图像传感器122可以是CCD或CMOS图像传感器，但是也可以利用其他类型和/或数量的检测器，诸如象限传感器(仅作为举例诸如来自Opto Diode公司，Camarillo，CA的SXUVPS4)或位置感测装置(仅作为举例诸如来自On-Trak Photonics公司，Irvine，CA的2L4SP)。
在这个特定实例中，图像传感器122提供具有至少480x 512像素的4mm x 4mm的有效区域，但是也可以利用具有其他有效区域尺寸的图像传感器。在这个实例中，图像传感器122是单色的，并且对在500nm至555nm范围内的绿光特别敏感，但是图像传感器122也可以在其他波长范围内展现出敏感度。在一个实例中，图像传感器122提供可选择的感兴趣区域。仅作为举例，图像传感器122可以是由Luxima生产的型号为LUX330或来自OnSemiconductor(Phoenix，AZ，USA)的型号为VITA 1300 NOIV1SN1300A的图像传感器，但是也可以利用其他图像传感器。
在另一个实例中，图像传感器122可以是取代2D图像传感器的线性阵列传感器，其中像素行例如按1x 2048阵列布置，但是也可以利用从1x 64像素直至1x 65,536像素的其他阵列。在这个实例中，像素行定向在X-轴方向上，使得测试表面(TS)的高度的变化-其在图像传感器122处显现为X-方向上的图像位置的变化-能够被辨别。合适的1D或线图像传感器的实例是来自ON Semiconductor(Phoenix，AZ，USA)的KLI-2113。
在这个实例中，数字处理器106耦合到光源驱动器112和图像传感器计算机接口124，但是数字处理器也可以联接到其他类型和数量的装置或接口，诸如下文进一步描述的旋转台驱动器134。在这个实例中，数字处理器106是具有各种板上硬件功能的高度集成微控制器装置，诸如模数转换器、数模转换器、串行总线、通用I/O引脚、RAM、ROM以及计时器。数字处理器106可以至少包括处理器和与处理器耦合在一起的存储器，所述处理器被配置成执行存储在存储器中的存储指令的程序以用于实现如本文通过举例描述和说明的要求保护的技术的一个或多个方面，但是也可以使用其他类型和/或数量的其他处理装置和逻辑并且数字处理器106或其他轮廓测量计算装置也可以执行其他位置存储和从其获得的其他数量和类型的程序指令。
在另一个实施方案中，数字处理器106可以与光学轮廓仪100分开定位，诸如定位在单独的机器处理器或其他轮廓测量计算装置中。数字处理器106可以经由串行数据总线进一步与其他轮廓测量计算装置进行通信，但是数字处理器106也可以经由其他类型和数量的通信网络进行通信。另外，介于数字处理器106与光源驱动器112、图像传感器计算机接口124或旋转台驱动器134之间的通信仅作为举例可以经由诸如SPI或CAN总线的串行总线来进行。
现参考图5，在一个实例中，任选的旋转台107被用来提供测试物体(TO)的旋转，但是也可以利用为用于测量测试物体的标准计量器的部分的旋转台。旋转台107被配置成接收测试物体(TO)并且使测试物体(TO)围绕其旋转轴(A)旋转。在这个实例中，旋转台107包括基板136、电机138和尾座140，但是旋转台107也可以包括其他类型和数量的元件或装置的其他组合。旋转台107被配置成接收测试物体(TO)，所述测试物体安装在电机138与尾座140之间，使得测试物体(TO)的旋转轴(A)基本上与电机138的轴和尾座140的轴一致。还指出了测试物体(TO)的示例性切片(X)的位置，即与凸角(CL)和测试表面(TS)相交并从中穿过。在这个实例中，示例性切片(X)垂直于旋转轴(A)，并且切片(X)的所有点基本上位于一平面。
旋转台107的电机138电子耦合到旋转台驱动器134，并且在必要时从旋转台驱动器134接收电子信号来控制所述旋转台的旋转位置。电机138可以是步进电机、DC电机或无刷DC电机，但是也可以利用其他类型的电机。电机138还可以含有齿轮箱，所述齿轮箱减少或增加测试物体(TO)在电机138的给定旋转量下的旋转量。
在一个实例中，旋转台107在轮廓测量过程期间提供用于测试物体(TO)的连续旋转，但是旋转台107在测量过程期间也可以提供用于围绕测试物体(TO)的旋转轴(A)实现离散的角位移。
在一个特定实例中，如图2所示的旋转台位置传感器142，诸如感测或测量角位置的旋转编码器可以被用来测量旋转台107的角位置。旋转台位置传感器电耦合到数字处理器106并且被配置成能够进行测量并将有关旋转台107的角位置的信息电子传输到数字处理器106以作为反馈回路的部分来精确控制旋转台107的角位置。旋转台位置传感器142可以与旋转台电机138处于同一位置，或所述旋转台位置传感器可以整合到尾座140中。
现将相对于图2-4描述光学轮廓仪100的示例性操作。应注意图4中的光学轮廓仪100的等距视图和图3中的端视图中对X、Y和Z轴的定义，其中Z-轴被定义为平行于测试物体(TO)(或平行于测试物体(TO)的旋转轴(A))，Y-轴在垂直方向上并且平行于光接收组件104，并且X-轴在左右方向上垂直于Y-轴和Z-轴两者，但是也可以构想和定义其他轴定义。
图3和图4中还示出测试物体(TO)具有旋转轴(A)、旋转方向(R)、有待测量的测试表面(TS)以及不在测试物体(TO)的轴(S)的标称的圆柱形表面上的凸轮凸角(CL)。要求保护的技术可以例如测量测试物体(TO)的切片轮廓，其中切片的平面基本上垂直于旋转轴(A)，但是平面和非平面的其他切片或其他轮廓构型诸如在以下进一步详细论述的实例中都是可行的。在一个实例中，测试物体(TO)是凸轮轴，例如凸轮凸角(CL)的高度可以是介于0.50mm与25.0mm之间并且轴(S)的直径可以是介于5mm与100mm之间，但是光学轮廓仪100可以被用来测量其他物体，包括具有其他尺寸的凸轮轴。
在操作中，相对于测试物体(TO)安置光源组件102。接着，通过使用光源驱动器112来激活光源组件102内的光源108，并且从光源组件102发射光束114。光源光学器件110将标线片的孔隙的聚焦图像提供在测试物体(TO)的测试表面(TS)上的测量位置116处。光源组件102的输出是光束114，所述光束基本上会被光源组件102内的光源光学器件110会聚为焦点带到测试物体(TO)的测试表面(TS)上的测量位置116处。聚焦在测量位置116处的测试光会保留光源组件102内的标线片的透明孔隙的形状。在测试表面(TS)上的测量位置116处的像点偏心的实例中，光源组件102被安置成使得斑点的主轴平行于测试物体(TO)的旋转轴(A)。
光接收器组件104被安置成接收光束117，所述光束从测试表面(TS)散射或反射出去。在测量位置116处由测试物体(TO)反射或散射的来自光束114的光根据测试物体(TO)的表面光洁度以镜面反射和漫射分量两者反射。漫反射的光117的一部分被成像透镜122收集，但是在一些配置中，反射光117同样还可以含有镜面反射。漫反射的光117进入成像光学器件120，在这个实例中包括为光接收组件104的部分的第一透镜元件126、孔径光阑128、第二透镜元件130以及滤光器132。
在这个特定实例中，成像光学器件120被配置成在物空间中是远心的并且在像空间中是远心的，或是双远心的。远心行为意指成像光锥或光束在物空间或像空间中基本上平行于成像光学器件120的光轴。这对于计量透镜来说是有利的，因为随着距离的变化，尤其是介于测试物体(TO)与第一透镜元件126之间的距离的变化，图像传感器122上像点的位置不会变化(但是它的聚焦品质会变化)。因此，物体距离(即，介于测试物体(TO)与第一透镜元件126之间的距离)的变化不会影响对测试物体(TO)的轮廓的测量。将成像光学器件120设计成使得其在像空间中也是远心的允许介于第二透镜元件130与图像传感器122之间的距离发生变化(归因于例如温度波动或机械公差)，但是不会影响图像传感器122上的图像位置和对测试物体(TO)的轮廓的测量。
正如所有良好的计量透镜一样，要求保护的技术的成像光学器件120如先前所提及应具有非常低的光学畸变和良好的远心度。畸变可以被视为是整个视野内放大倍率的变化，而非远心性可以被视为是放大倍率会随着前或后焦距的变化而变化。虽然光学畸变和非远心度可以通过设计来最小化，但是始终会存在校准过程中可以表征和挽救的一定残留的畸变和非远心度。一个这样的校准过程需要使用定位在物空间而非测试物体(TO)中的微型显示器。具体而言，微型显示器的中心位于成像光学器件120的光轴上并且定位在距离透镜三个不同已知距离处，诸如在例如9.0mm、11.0mm和13.0mm处。对于每个微型显示器的Y-位置，微型显示器的已知的像素图案被照亮并且成像到图像传感器122上。之后由数字处理器106分析成像的图案的图像像素错位(即，随物体距离或整个视野中的放大倍率的变化)，从所述图像像素错位可以计算成像光学器件120的畸变以及其非远心度。合适的微型显示器可以是来自Kopin的Ruby SVGA微型显示器模块生产线上的任何微型显示器，所述微型显示器具有600x 800像素并且具有9mm x 12mm的观察区域。
来自测试物体(TO)的测试表面(TS)的反射光117的至少一部分散射或以其他方式反射到光接收器组件104中，如上所述穿过成像光学器件120，并且随后成像到图像传感器122上。为了简化图像处理，在一个实例中，光接收器组件104被安置成使得光接收器组件104的光轴与测试物体(TO)的旋转轴(A)相交。
成像光学器件120会导致反射光117在图像传感器122上形成具有在测量位置116处投射到测试物体(TO)上的光点或光图案的图像。图像传感器122无论是像素化或非像素化都会将其上形成的图像转换成电子信号，所述电子信号之后输入到图像传感器相机接口124。图像传感器相机接口124在这个实例中包括一个或多个A/D(模数)转换器，所述一个或多个A/D转换器将由图像传感器122输出的模拟信号转换成数字格式，所述数字格式由图像传感器相机接口124输出到数字处理器106并且适合于由数字处理器106进行处理，但是也可以使用其他类型的接口。
图像传感器122上图像的中心的位置是测试物体(TO)的半径的函数，所述半径是沿着垂直于旋转轴(A)的线从测量位置116到旋转轴(A)的径向距离。随后由数字处理器106读出和分析图像传感器122上的图像，并且在数学上计算图像的中心，但是图像的其他特征，即非中心，诸如角部的其他特征也可以在数学上进行定位并且用于使用三角测量算法来进行半径计算。
旋转台107可以被用来使测试物体(TO)围绕旋转轴(A)旋转。随着测试物体(TO)围绕旋转轴(A)旋转，生成具有坐标(旋转度数、半径)的一系列点，所述点在几何学上描述测试物体(TO)中的切片(X)或截面处的测试表面(TS)。输出的切片数据信息可以如图6所示以图表显示，其中曲线图的水平轴是(围绕旋转轴(A)的)旋转度数并且曲线图的垂直轴是测试物体(TO)的半径(非点线，以毫米计)或测试物体(TO)的半径误差(点线，以微米计)。
图7-10中示出了光学轮廓仪100的使用的另一个示例性实施方案，其中光学轮廓仪100已适于对诸如凸轮轴(CAM)的测试物体的切片进行测量，其中切片的点如同在必须对滑动凸轮(SC)的螺旋形凸轮槽(HCG)进行轮廓测定的情况一样不在一平面上。在这个实例中，凸轮轴(CAM)还包括凸轮凸角(CL1)和(CL2)。除了本文参考以下实例进行的说明和描述之外，光学轮廓仪100的结构和操作基本上与上文描述相同。虽然描述了测量凸轮轴(CAM)，但是应理解，光学轮廓仪100可以被用来测量具有其他构型的其他感兴趣物体，仅作为举例诸如曲轴和螺旋桨。
在这个实例中，凸轮轴(CAM)上的滑动凸轮(SC)安装在如上所述的旋转台107上。在这个实例中，光源组件102和光接收器组件104安装到光学安装板150上，所述光学安装板进而安装到垂直平移台152和水平平移台154。水平平移台154安装到轨道156，所述轨道附接到背板158，所述背板安装到旋转台107的基板136上，但是光源组件102和光接收器组件104可以其他配置附接到其他类型和数量的元件或装置。这种示例性配置有利地允许测量凸轮轴(CAM)的切片，其中切片的点如同仅作为举例在图7中示出滑动凸轮(SC)的螺旋形凸轮槽(HGC)的情况一样不在一平面上。
再次参考图7-9，光学安装板150被配置成将光源组件102和光接收器组件104相对于彼此按基本上为45度的角度取向固持在固定位置上，但是其他角度取向也是可接受的。可选地，光源组件102和光接收组件104中的一个或两者可以安装在另一旋转台上以提高要求保护的技术的光学轮廓仪100的多功能性和性能。例如，如果人们希望测量滑动凸轮(SC)的螺旋形凸轮槽(HCG)的底表面的轮廓，并且螺旋形凸轮槽(HCG)相较于其宽度出乎意料地深，则介于光源组件102的光轴与光接收器组件104之间的角度应小于45度，诸如介于10度与40度之间，因此从光源组件102发射的光束112不会被螺旋形凸轮槽(HCG)的侧部截住。
光学安装板150安装到垂直平移台152，所述垂直平移台被配置成根据需要在Y-方向上垂直地移动光源组件102和光接收器组件104以适应凸轮轴(CAM)测试物体或滑动凸轮(SC)测试物体的不同直径。水平平移台154沿着轨道156行进并且在Z-方向上移动光源组件102和光接收器组件104以适应不垂直于旋转轴(A)的不同的非平面切片测量轮廓或平面切片轮廓。
现参考图10，在这个实例中，垂直平移台152和水平平移台154分别经由垂直平移台驱动器158和水平平移台驱动器160可操作地耦合到数字处理器106并且与之进行通信。数字处理器106电子耦合到垂直平移台驱动器158和水平平移台驱动器160，以及上文描述的其他驱动器和接口并且与之进行通信。
垂直平移台驱动器158和水平平移台驱动器160是可以含有或不含有可编程逻辑的电子电路，所述电子电路从数字处理器106接收平移命令，并且将所述命令转换成精确的电流、电压和波形的电子信号，所述电子信号相应地输出到垂直平移台152和水平平移台154的电机，进而控制平移台152和154的电机的安置和运动，以及因此平移台152和154的线性位置。
垂直平移台152和水平平移台154各自包括电机(未示出)和内部机构(未示出)，所述内部机构将电机的旋转运动转换成线性平移运动，或可选地用于平移台152和154的电机可以是固有地产生线性平移运动的线性电机。平移台152和154的电机分别电子耦合到垂直平移台驱动器158和水平平移台驱动器160，并且必要时从驱动器158和160接收电子信号来控制台架150和152的线性位置。电机可以是步进电机、DC电机或无刷DC电机，但是也可以利用其他类型的电机。电机还可以含有齿轮箱，所述齿轮箱减少或增加平移台152和154在电机的给定旋转量下的线性运动量。
数字处理器106还电耦合到垂直平移台位置传感器162和水平平移台位置传感器，诸如线性编码器，所述线性编码器感测或测量线性台的线性位置，并且将所述信息电子传输到数字处理器106以作为反馈回路的部分来相应地精确控制垂直平移台152和水平平移台154的线性位置。位置传感器162和164可以分别整合到平移台152和154中。可选地，位置传感器162和164还可以是基于干涉法，其中线性距离的变化通过计数干涉条纹的整体和局部变化来测量，诸如由Zygo公司，Middlefield，CT，USA所制造的ZMI系列位移测量干涉仪执行的计数。
现将相对于图7-11描述用于测量仅作为举例的滑动凸轮(SC)的螺旋形凸轮槽(HCG)的底表面的轮廓的光学轮廓仪100的示例性操作。为了测量例如螺旋形凸轮槽HCG的底表面，在旋转台107上将测试凸轮轴(CAM)测试物体安装在电机138与尾座140之间，并且例如进行初始安置，因此第一测量位置面向上方(例如，面向Y-方向，并且在光接收组件104在其初始或原始位置上时在所述光接收组件的光轴上)。
接着，将垂直平移台152设置成使得光源组件102和光接收器组件104处于凸轮轴(CAM)测试物体上方的正确的高度处，因此光束114将图像形成在螺旋形凸轮槽(HCG)的底部处并且这个图像还被聚焦在光接收器组件104的图像传感器122处。之后将水平平移台154安置成使得光接收器组件102的中心在其起始位置位于螺旋形凸轮槽(HCG)的上方。在这个实例中，对数字处理器106进行预编程以命令水平平移台154水平地平移，同时在轮廓测量操作期间使电机138转动，因此光接收器组件102的光轴的中心基本上保持位于螺旋形凸轮槽(HCG)内。
接着，开始实际轮廓测量过程，并且在测量过程期间，1)激活光源组件102并且将光束114引导到螺旋形凸轮槽(HCG)的底部；2)旋转台107的电机238转动并且凸轮轴(CAM)旋转，使得螺旋形凸轮槽(HCG)的不同部分面向测试光束114和光接收组件104；3)水平平移台154以一种方式使光源组件102和光接收组件104在Z-方向上平移，使得光束114的焦点和光接收组件104的光轴的中心保持位于螺旋形凸轮槽(HCG)内；并且4)测试光在螺旋形凸轮槽(HCG)的底部处的图像形成在图像传感器122上，之后由数字处理器106读出和处理所述图像来计算凸轮轴(CAM)测试物体在由旋转台107的电机138的角位置决定的螺旋形凸轮槽(HCG)的位置处的高度或半径。
在一个实例中，测量凸轮轴(CAM)或其他测试物体的轮廓所需的整体时间是介于0.1秒与100秒之间，这取决于测量点的密度、测量点的数量、台架速度以及图像传感器122和数字处理器106的速度。
垂直平移台152结合垂直平移台位置传感器162、旋转台位置传感器146、数字处理器106以及编程到数字处理器106中的对诸如凸轮轴(CAM)的测试物体的先验知识可以一种方式利用，使得光接收器组件106在凸轮轴(CAM)围绕其轴旋转(并且例如升高的特征，诸如凸轮凸角穿过成像光学器件120的视场)时可以跟踪凸轮轴(CAM)的轮廓(即，在如图3所示的测试测量位置116与第一透镜元件122之间维持基本上恒定的距离)，以便于降低对成像光学器件120的景深需求并且还防止凸轮凸角与光接收组件102之间的碰撞。
图11的流程图中示出了测量凸轮轴(CAM)过程中涉及的方法步骤的示例性顺序，以下参考图1-11描述了所述流程图。在步骤300中，将诸如凸轮轴(CAM)的测试物体安装在旋转台107中。接着，在步骤301中，启动轮廓测量。作为举例，可以通过经由数字处理器106提供的操作者指令来启动轮廓测量。
在步骤302中，数字处理器106对包括旋转台107、垂直平移台152和水平平移台154的三个台架中的一个或多个或全部提供指令，以经由其相应的驱动器134、158和160返回到其原始或起始位置。以此方式，数字处理器106经由相应的台架位置传感器(142、162和164)获知精确的位置，并且凸轮轴(CAM)处于测量的标称位置。接着，在步骤304中，数字处理器106经由光源驱动器112对光源108提供打开的指令。在打开光源108之后，图像传感器122上应该会存在图像。
接着，在步骤306中，数字处理器106从图像传感器122获得图像。在这个实例中，数字处理器106对图像传感器计算机接口124提供指令以对图像传感器122进行读取并且将所述图像转换成数字格式，所述数字格式之后由数字处理器106读取。在步骤308中，数字处理器106对经由图像传感器计算机接口124读入到数字处理器中的图像进行处理，并且计算图像在X-方向上的精确位置，但是数字处理器也可以处理其他位置信息。应注意，位置可以被定义为像点的形心，即十字准线形斑点的双臂相交的位置；或其位置可以被精确而可靠地计算的图像的某一其他几何特征。
在步骤310中，数字处理器106使用在步骤308中确定的图像的X-坐标来使用三角测量算法确定诸如凸轮轴(CAM)的测试物体在测量位置116处的高度的Y-坐标。在这个实例中，当执行三角测量算法时，数字处理器106不仅利用图像的X-坐标信息，而且利用对测试光束114的入射角(标称为45度)和成像光学器件120的放大倍率的了解来计算凸轮轴(CAM)上的测量位置116的高度或Y-坐标。
除了如步骤308和310中所描述的形心或X-坐标计算之外，数字处理器106通常在图像处理训练中也会采用若干其他图像处理功能，仅作为举例诸如滤波和去噪、阈值化、边缘检测、峰值检测、杂散光检测和消除、假光点检测和消除和/或校准参数的应用。这些图像处理功能适合于并行处理方法，其中多个微控制器/微处理器用于加快图像处理计算并且提高处理量。在这个实例中，仅作为举例可以具有几十个片上处理器且相当成本有效的FPGA，诸如来自Xilinx的那些可以被用来执行图像处理功能，并且还可以构成数字处理器106的可编程数字逻辑硬件的一部分或全部。
在步骤310中计算出Y-坐标高度之后，数字处理器106在步骤312中检查来查看这个特定高度计算是否是最后需要的高度计算。如果在步骤312中，数字处理器106确定已经获得最后测量结果，就像例如已测量诸如凸轮轴(CAM)的测试物体的整个360度旋转的情况一样，则YES分支转到步骤314，其中数字处理器106经由光源驱动器112向光源108提供指令来关闭光源108。在步骤316中，完成并结束轮廓测量过程。应注意，作为过程步骤316的部分，在完成轮廓测量之后，诸如凸轮轴(CAM)的测试物体的高度数据点或半径数据点可以按表格格式布置为旋转台107的位置、水平平移台154的位置的函数，并且半径或半径误差数据仅作为举例可以如图6所示进行绘图。
然而，如果在步骤312中，由于需要与诸如凸轮轴(CAM)的测试物体有关的更多周边数据点，数字处理器106确定测量过程尚未完成，则数字处理器106在这个实例中经由旋转台驱动器134向旋转台107提供一个或多个指令以在步骤318中旋转到下一个位置。在一个实例中，数字处理器106可以对旋转台107提供指令来旋转1.0度(但是通过向旋转台驱动器134发出旋转指令来实现的介于0.001与180度范围之间的其他旋转增量也是可接受的)。应注意，对于诸如凸轮轴(CAM)的测试物体的单次360度旋转，周边数据点测量的数量可以是介于1与1,048,576之间。
接着，在步骤320中，如果周边数据点不在一平面内，或在不垂直于诸如凸轮轴(CAM)的测试物体的轴的平面内，则数字处理器106向水平平移台驱动器160提供一个或多个指令来使水平平移台154在水平方向上平移凸轮轴(CAM)。同样在此时，如果事先已知接下来的周边数据点位于与当前的点基本上不同的高度上，则数字处理器106还可以向垂直平移台驱动器158发出命令来使垂直平移台152以如先前所述的跟踪方式移动。
在完成台架运动，并且数字处理器106已经由所述台架的相应的位置传感器(142、162和164)接收到对其运动的确认之后，所述过程返回到步骤306，其中再一次由数字处理器106从图像传感器122获得图像。之后重复所述过程，直到如过程步骤312中所确定完成所有所需的周边高度测量为止。
如先前所提及，在诸如凸轮轴(CAM)的测试物体的旋转过程内，图像传感器122上图像的位置将基于测试物体(TO)的旋转角度和高度轮廓而变化。然而，沿着诸如凸轮轴(CAM)的测试物体的长度的纵向轮廓可以由数字处理器106基于特定(且不变)的旋转角度，并通过改变水平平移台154的位置，使得光学轮廓仪100在测试物体的大部分长度内平移来组装。在这个特定实例中，对测试物体的纵向切片的完整的轮廓测量可以在100ms至100秒内完成。
附加切片可以沿着测试物体的长度通过在纵向上沿着其旋转轴(A)再安置诸如凸轮轴(CAM)的测试物体来测量。可选地，光学轮廓仪100可以沿着测试物体的纵轴进行再安置以在测试物体的不同切片处获得数据。为凸角和轴颈两者的凸轮轴表面可以使用所描述的测量技术来进行轮廓测定，以通过再安置凸轮轴本身或光学轮廓仪100来计算表面的三维特征。在一个实例中，光学轮廓仪100在轴的旋转期间可以沿着凸轮轴的轴平移以便一次获得凸轮轴的超过一个截面切片的数据。
在另一个实例中，超过一个光学轮廓仪100可以在不同的纵向位置安装在计量器上，并且并行地操作来提高测量处理量，即，同时测量多个切片。可选地，多个光学轮廓仪可以定位在测试物体上的同一个纵向位置处以提供额外的数据点来求平均值以便提高精度，或缩短测量完整的切片轮廓所需的时间。
在另一个实例中，测试物体在切片测量期间可以围绕其旋转轴(A)旋转超过360度。如果所得轮廓中的点基本上是共平面的，则可以一起对重叠的测量点求平均值以提高测量精度或重复性。
轮廓测量过程可以被用于凸轮轴以提供误差测量，包括凸轮升程误差、圆度、抖动、平行度、直线度以及仅作为举例轴颈半径、直径、圆度和直线度。在另一个实例中，可以通过沿着凸角或轴颈的宽度的轴向方向移动凸轮轴或光学轮廓仪，同时使用所描述的测量技术来测量凸轮轴的凸度、锥度、凹入度、凸出度以及宽度。
因此，有了这项技术，可以获得仅作为举例诸如凸轮轴或曲轴的复杂物体的轮廓，其中长距离或深或复杂轮廓必须在几微米的精度内测量。示例性技术利用非扫描式光源组件测量这些复杂轮廓，这降低了光学轮廓测定装置的成本和复杂性。另外，光学轮廓测定装置可以与标准计量器中已采用来测量凸轮轴或曲轴的旋转台一起使用。
虽然已经描述了本发明的基本概念，但是对于本领域技术人员而言将相当显而易见的是，前述详细公开内容仅意在通过举例呈现并且不进行限制。虽然本文没有明确陈述，但是各种更改、改进和修改对于本领域技术人员而言将是可设想和期望的。这些更改、改进和修改在此意在是所提倡的，并且在本发明的精神和范围内。因此，本发明仅受以上权利要求以及其等效形式限制。

Claims (45)

1.一种光学轮廓仪，所述光学轮廓仪包括：
光源，所述光源被配置成在感兴趣物体的表面上提供光点；
光接收器，所述光接收器包括透镜和光传感器，所述光接收器被配置成接收来自所述感兴趣物体的所述表面的光并且对所述光成像；以及
轮廓测量计算装置，所述轮廓测量计算装置耦合到所述光传感器，所述轮廓测量计算装置包括处理器和耦合到所述处理器的存储器，所述处理器被配置成能够执行所述存储器中包括和存储的程序指令以：
基于来自所述感兴趣物体的所述表面的所述经成像的光而计算所述光点在所述感兴趣物体的所述表面上的多个位置值，其中所述多个位置值中的每一个基于所述感兴趣物体围绕旋转轴的旋转而与某一角度旋转值相关联；以及
基于所述多个计算出的位置值而生成所述感兴趣物体的轮廓。
2.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中所述透镜被配置成在物空间中是远心的。
3.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中生成所述感兴趣物体的所述轮廓所需的时间小于100秒。
4.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中所述光点在所述感兴趣物体的所述表面上的所述多个位置值是在所述感兴趣物体围绕所述旋转轴的360度旋转内计算。
5.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中所述感兴趣物体围绕所述旋转轴的所述旋转是连续的。
6.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中所述感兴趣物体围绕所述旋转轴的所述旋转按介于0与360度之间的预定角度值递增。
7.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中所述感兴趣物体的所述表面上的所述光点的宽度是介于1微米与1000微米之间。
8.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中所述位置值各自是所述感兴趣物体的所述感兴趣表面上的所述光点的一组坐标。
9.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中所述光源包括二极管激光器或发光二极管。
10.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中所述光传感器包括象限传感器、图像传感器或位置感测装置。
11.如权利要求1所述的光学轮廓仪，所述光学轮廓仪还包括：
第一平移台，所述第一平移台被配置成平移所述光源以便生成所述感兴趣物体的另一个轮廓图像。
12.如权利要求11所述的光学轮廓仪，所述光学轮廓仪还包括：
第二平移台，所述第二平移台被配置成平移所述光源以在所述透镜与所述感兴趣物体之间维持恒定距离。
13.如权利要求1所述的光学轮廓仪，所述光学轮廓仪至少还包括第二光源和第二光接收器。
14.如权利要求1所述的光学轮廓仪，其中所述多个计算出的位置值基本上在一平面内。
15.如权利要求14所述的光学轮廓仪，其中所述平面基本上垂直于所述旋转轴。
16.一种生成感兴趣物体的轮廓图像的方法，所述方法包括：
相对于所述感兴趣物体安置光学轮廓仪，所述光学轮廓仪包括：
光源，所述光源被配置成在感兴趣物体的表面上提供光点；
光接收器，所述光接收器包括至少一个透镜和光传感器，所述光接收器被配置成接收来自所述感兴趣物体的所述表面的光并且对所述光成像；以及
轮廓测量计算装置，所述轮廓测量计算装置耦合到所述光传感器；
由所述轮廓测量计算装置基于来自所述感兴趣物体的所述表面的所述接收到的光束而计算所述光点在所述感兴趣物体的所述表面上的多个位置值，其中所述多个位置值中的每一个基于所述感兴趣物体围绕旋转轴的旋转而与某一角度旋转值相关联；以及
由所述轮廓测量计算装置基于所述多个计算出的位置值而生成所述感兴趣物体的切片的轮廓图像。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述透镜被配置成在物空间中是远心的。
18.如权利要求16所述的方法，其中生成所述感兴趣物体的所述轮廓所需的时间小于100秒。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述光点在所述感兴趣物体的所述表面上的所述多个位置值是在所述感兴趣物体围绕所述旋转轴的360度旋转内计算。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述感兴趣物体围绕所述旋转轴的所述旋转是连续的。
21.如权利要求16所述的方法，其中所述感兴趣物体围绕所述旋转轴的所述旋转按介于0与360度之间的预定角度值递增。
22.如权利要求16所述的方法，其中所述感兴趣物体的所述表面上的所述光点的宽度是介于1微米与1000微米之间。
23.如权利要求16所述的方法，其中所述位置值各自是所述感兴趣物体的所述感兴趣表面上的所述光点的一组坐标。
24.如权利要求16所述的方法，其中所述光源包括二极管激光器或发光二极管。
25.如权利要求16所述的方法，其中所述光传感器包括以下至少一者：象限传感器、图像传感器或位置感测装置。
26.如权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
沿着所述感兴趣物体的所述旋转轴平移所述光源；以及
由所述轮廓测量计算装置生成所述感兴趣物体的另一个切片的另一个轮廓图像。
27.如权利要求26所述的方法，所述方法还包括：
平移所述光源以在所述透镜与所述感兴趣物体之间维持恒定距离；以及
由所述轮廓测量计算装置生成所述感兴趣物体的另一个轮廓图像。
28.如权利要求16所述的方法，其中所述光学轮廓仪至少还包括第二光源和第二光接收器。
29.如权利要求16所述的方法，其中所述多个计算出的位置值基本上在一平面内。
30.如权利要求29所述的光学轮廓仪，其中所述平面基本上垂直于所述旋转轴。
31.一种制造光学轮廓仪的方法，所述方法包括：
提供光源，所述光源被配置成在感兴趣物体的表面上提供光点；
提供光接收器，所述光接收器包括透镜和光传感器，所述光接收器被配置成接收来自所述感兴趣物体的所述表面的光束；以及
将轮廓测量计算装置耦合到所述光传感器，所述轮廓测量计算装置包括处理器和耦合到所述处理器的存储器，所述处理器被配置成能够执行所述存储器中包括和存储的程序指令以：
基于来自所述感兴趣物体的所述表面的所述接收到的光束而计算所述光点在所述感兴趣物体的所述表面上的多个位置值，其中所述多个位置值中的每一个基于所述感兴趣物体围绕旋转轴的旋转而与某一角度旋转值相关联；以及
基于所述多个计算出的位置值而生成所述感兴趣物体的切片的轮廓图像。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述透镜被配置成在物空间中是远心的。
33.如权利要求31所述的方法，其中生成所述感兴趣物体的所述轮廓所需的时间小于100秒。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述光点在所述感兴趣物体的所述表面上的所述多个位置值是在所述感兴趣物体围绕所述旋转轴的360度旋转内计算。
35.如权利要求31所述的方法，其中所述感兴趣物体围绕所述旋转轴的所述旋转是连续的。
36.如权利要求31所述的方法，其中所述感兴趣物体围绕所述旋转轴的所述旋转按介于0与360度之间的预定角度值递增。
37.如权利要求31所述的方法，其中所述感兴趣物体的所述表面上的所述光点的宽度是介于1微米与1000微米之间。
38.如权利要求31所述的方法，其中所述位置值各自是所述感兴趣物体的所述感兴趣表面上的所述光点的一组坐标。
39.如权利要求31所述的方法，其中所述光源包括二极管激光器或发光二极管。
40.如权利要求31所述的方法，其中所述光传感器包括以下至少一者：象限传感器、图像传感器或位置感测装置。
41.如权利要求31所述的方法，所述方法还包括：
沿着所述感兴趣物体的所述旋转轴平移所述光源；以及
由所述轮廓测量计算装置生成所述感兴趣物体的另一个切片的另一个轮廓图像。
42.如权利要求41所述的方法，所述方法还包括：
平移所述光源以在所述透镜与所述感兴趣物体之间维持恒定距离；以及
由所述轮廓测量计算装置生成所述感兴趣物体的另一个非平面切片的另一个轮廓图像。
43.如权利要求31所述的方法，所述方法至少还包括第二光源和第二光接收器。
44.如权利要求31所述的方法，其中所述多个计算出的位置值基本上在一平面内。
45.如权利要求44所述的方法，其中所述平面基本上垂直于所述旋转轴。
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