CN203464909U - 粗糙度或表面微结构轮廓测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于测量待测对象的待测对象表面(9)的粗糙度或表面微结构轮廓的测量仪。该测量仪包括：固定在探测杆(4)上的表面探测体(10)，用于检测待测对象表面(9)的粗糙度或表面微结构轮廓；进给装置，用于使表面探测体(10)沿着移动路径在探测路径长度上运动；用于检测表面探测体(10)相对于待测对象表面(9)的位置的测量系统(6)；和驱动、数据采集和/或评价电子装置(12)和/或计算机接口。在探测杆(4)上和/或在用于保护探测杆(4)和/或表面探测体(10)以防被损坏的保护体(2)上安装有至少一个用于采集待测对象表面(9)的图像采集系统(3、11)。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于测量待测对象的待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓的粗糙度或表面微结构轮廓测量仪，该测量仪包括：固定在探测杆上的表面探测体，用于接触式或非接触式检测待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓；机动化的或者配设有致动器的进给装置，用于使表面探测体沿着移动路径在探测路径长度上运动；用于检测表面探测体相对于待测对象表面的位置的测量系统；和驱动、数据采集和/或评价电子装置和/或计算机接口；优选还包括用于保护探测杆和/或表面探测体以防被损坏的保护体。
背景技术
非接触式或者准非接触式探测可能对于适合于此的、特别是软的或敏感的待测对象、如工件是有利的，例如利用原子力显微镜的所谓的“轻敲（Tapping）模式”。在这种情况下，上面提到的探测体由光学的、电容式、磁式、化学式、生物式或电磁式传感器替代或补充。下面的描述基本上涉及触摸式或者说接触式进行测量的探测体，但不应理解为本实用新型限制于此、特别是应当包括关于非接触式探测传感器。
粗糙度和轮廓测量探测器是得到证实的并且广为流传的测量仪器，用于评定工件的几何表面质量、用于检测微结构和表面粗糙度。这些仪器具有由钻石构成的探测尖，或者在轮廓测量探测器的情况下具有金属或玻璃球，利用该探测尖或者金属或玻璃球以下述方式探测工件表面，即，探测器或探针借助机动化的进给装置在表面上运动、特别是被拉动一定的距离。进给装置可以构造成单独的装置或者集成在仪器中。通常，在今天商业上常见的测量仪中没有集成其它功能。
工作原理总是类似的：探针固定在杆上，该杆被适当地支承，例如借 助旋转轴承或者在板簧元件上，并且能偏转一定的角度。通过工件表面经由探测尖诱导的偏转由测量系统大多感应式地、电容式地或光学式地测量、数字化和在评价电子装置上输出。
利用这样的探测器测量所谓的探测截面、亦即线轮廓。在此，以下述方式顺序地测量工件的轮廓幅度，即，探针被机动地沿着一条线在工件表面上引导并且以时间上或空间位置上规定的间隔检测轮廓幅度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种开头所述类型的测量仪，该测量仪能通过附加的部件实现待测对象、特别是工件的表面区段的图像采集。
所述目的通过提供一种用于测量待测对象的待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓的粗糙度或表面微结构轮廓测量仪而解决，其包括：
固定在探测杆上的表面探测体，用于接触式或非接触式检测待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓；
机动化的或者配设有致动器的进给装置，用于使表面探测体沿着移动路径在探测路径长度上运动；
用于检测表面探测体相对于待测对象表面的位置的测量系统；和
驱动、数据采集和/或评价电子装置和/或计算机接口；
其中，在探测杆上和/或在用于保护探测杆和/或表面探测体以防被损坏的保护体上安装有至少一个用于采集待测对象表面的图像的采集系统，优选两维图像的图像采集系统，优选光学的图像采集系统。本实用新型特别是涉及一种表面轮廓测量仪，在该表面轮廓测量仪中，所有部件集合在一个壳体中。这样的仪器突出之处在于小的体积和高的柔性并且因此也特别是适合于用在生产中。现有技术的按照本实用新型的扩展正是在这里有用。但本实用新型也可用于常规的微结构或粗糙度测量仪，该测量仪包括评价仪器、进给装置和探测器。
按照一种有利的实施方案可以规定，图像采集系统包括至少一个带有附加光学器件的CCD摄像机或者由带有附加光学器件的CCD摄像机构成。
按照一种优选的构型可以规定，所述CCD摄像机具有等于或小于2 mm2的、有源的摄像机芯片面。换言之，CCD摄像机可以具有不大于2mm2的、有源的摄像机芯片面。
按照一种进一步改进方案可以规定，所述附加光学器件是包括一个或多个透镜的摄像机物镜。换言之，摄像机物镜可以构造成或者说设计成单透镜或多透镜的。
按照一种优选的实施方案可以规定，所述摄像机物镜具有等于或小于3mm或者等于或小于2mm的最大直径。换言之，所述摄像机物镜可以具有3mm的、但优选低于2mm的最大直径。
按照一种进一步改进方案可以规定，所述摄像机物镜具有好于100线对/mm的、也称为调制传递函数（MTF）或对比传递函数的调制传递函数。
适宜地，所述摄像机物镜可以1:1成像或者可以放大或缩小地成像。
按照一种特别优选的实施方案可以规定，所述图像采集系统和另一图像采集系统组合成一个立体图像生成系统。通常而言可以规定，两个图像采集系统可以组合成一个立体图像生成系统。
按照一种有利的构型可以规定，设有一个或多个用于照射待测对象的待测对象表面的照明器件。
按照一种优选的实施方案可以规定，存在一个或多个用于在空间上和/或在时间上结构化地照射待测对象的待测对象表面的照明器件。在空间上结构化地照射的例子是条带式或点式投影。
优选地，所述图像采集系统和/或各所述图像采集系统的输入缆线和/或所述一个照明器件或所述多个照明器件的输入缆线可以在探测杆上或在探测杆中被引导。
所述探测杆可以设计成探测杆管。所述图像采集系统和/或各所述图像采集系统的输入缆线和/或所述一个照明器件或所述多个照明器件的输入缆线可以在该探测杆管上或在该探测杆管中被引导。
按照一种优选的实施方案，所述表面探测体可以是通过其用于接触式检测待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓的几何结构而确定的或起作用的探测体。
所述表面探测体可以包括探针的针尖或构成为带有针尖的探针。备选 地或附加地，所述表面探测体可以包括球或刀刃。
备选地或者补充地，所述表面探测体也可以是通过其电特性或通过其电磁特性为了非接触式检测待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓而确定的或者有源或无源地起作用的探测体。
所述表面探测体可以是电容器、线圈或者是发射电磁射线的物体。
当然，本领域技术人员可以在可可实施的范围内任意地组合上述的特征和措施以及从权利要求书和从附图中得出的特征和措施。
附图说明
本实用新型的其它优点、特征、细节和观点从权利要求书以及从下面的说明书部分得出，在该说明书部分中根据唯一的附图描述了本实用新型的一种优选实施例。
图1示出了按照本实用新型的装置的一种优选实施例的示意图。
具体实施方式
本实用新型涉及一种粗糙度和/或轮廓测量装置，其包括：一个构成为自由探测器或滑块探测器的测量探测器；至少一个表面探测元件10，优选形式为具有一个探测尖的探针和/或球形或滑块形的探测体，用于接触式测量一待测对象9、特别是工件的显微表面轮廓；以及一个用于检测或测量表面探测体10相对于待测对象9表面的位置的测量系统6。微结构测量仪也可以具有一个带有安装上的探测尖的音叉作为探测体。本实用新型特别是涉及一种表面轮廓测量仪。测量仪用于评定待测对象、特别是工件的几何表面质量。测量仪特别是用于检测微结构和表面粗糙度。测量仪可以具有由钻石构成的探测尖，或者在轮廓测量探测器的情况下可以具有金属球或玻璃球，借助该探测尖或者金属球或玻璃球探测或可以探测工件表面。为此，探测器或探针借助机动化的进给装置14、15、16在待测对象9的表面上运动、特别是被拉动一定的距离8。进给装置可以构造成单独的仪器或者集成在仪器中或者说集成在测量仪器的壳体1中。
探针10固定在一根杆4上，该杆被适当地支承、例如借助旋转轴承5或者在板簧元件上，并且该杆能偏转一定的角度7。通过工件表面9经由 探测尖诱导的偏转由测量系统6、优选感应式地、电容式地或光学式地测量、数字化并且在评价电子装置19上输出。
利用这样的探测器可以测量所谓的探测截面、亦即线轮廓。在此可以按下述方式顺序地测量工件的轮廓幅度，即，探针被机动地沿着一条线在工件表面上引导并且以时间上或空间位置上规定的间隔检测轮廓幅度。
用于检测表面轮廓9的探针10安装在探测杆4的端部上并且指向工件表面9。探测杆4必要地经由旋转轴承5或者板簧轴承支承在支架元件20中。
按照本实用新型，直接在探测杆4上、优选在其位于探针10附近的端部上固定有一个光学图像采集系统3、11，该图像采集系统至少包括一个摄像机以及一个成像物镜。通过适当地调整安装高度，当探针10接触试样表面9时，工件表面9的图像区段便刚好被聚焦。这因此适用于沿着测量路径的所有轮廓区段。因此，可以拍摄多个表面图并且形成有价值的、关于借助表面探测体10检测的表面轮廓9的附加信息。例如，在马达缸的情况下，除了粗糙度参数之外也可测量珩磨角（Honwinkel）。孔隙的轮廓截面仅仅描述孔隙沿探测方向的直径。但附加的照片呈现整个孔隙面。
成像的物体面尺寸和工作距离可以在符合自然规律的情况下通过涉及摄像机的物镜以及芯片尺寸设计来调整。在很多情况下，1:1的成像将是有意义的。摄像机物镜自然应当可以分辨感兴趣的表面结构、例如珩磨痕槽、亦即传递给摄像机。为此，100线对/mm的调制传递函数是最低前提条件。
如果将至少两个摄像机系统组合成一个立体系统，则可以在光学成像理论的范围之内拍摄立体图像并且由此除了测量侧面距离之外也可以测量轮廓深度。
在按照本实用新型的测量仪中，探针10可以机动地或者通过致动器17、18抬起。为此，支承探针10的探测杆4围绕旋转轴承5以转角7偏转。如果该抬起设计成使得其以或者能以高的分辨率、亦即小的位移增量进行，则可以借助一张摄像机图像或者借助多张摄像机图像通过所谓的“焦深”方法也估算轮廓幅度。为了测量出轮廓谷底或者说轮廓凹陷，必要时可以使成像系统略微移动，更确切地说远离于物体表面9。
在原子力显微镜的情况下，摄像机图像可以用于调整正确的工作距离、例如在所谓的“轻敲模式”下。同样的情况适用于具有所谓的“音叉”传感器的测量仪或者说轮廓测量仪。
为了照亮待测对象表面9，可以设有一个照明器件或者可以设有多个照明器件12、13。所述一个或多个照明器件12、13可以优选固定在相应的图像采集系统3、11的区域内、优选在探测杆4和/或在保护体2上。
面状的轮廓检测也可以借助结构化的照明装置或者借助照明器件12、13进行，例如借助带式投影。至少一个摄像机3、11检测通过表面轮廓9在图像中弯曲成像的带，由此可以计算出轮廓。
不言而喻的是，摄像机系统11也可以按有利的方式固定在探针保护体2上，优选地或者以有意义的方式直接固定在其自由端部上。也称为保护体的探针保护体2沿着探针4延伸。探针保护体2由U形的盖板或者由管构成。不过，摄像机11便不跟随轮廓幅度并且有时可能不聚焦。但这在短的测量距离和平坦的试样时几乎不是缺点。这里有利的是，探针4的惯性矩不增大并且测量极限频率因此不降低。此外，装配明显简化。
如果将图像采集系统、优选CCD摄像机12直接安装在用作探针支架的探测杆4上，则在探测期间可以拍摄一系列的表面图像并且这些表面图像可以组合成一个图像带。
在相应地设计各个摄像机附加光学器件时，相应的摄像机也可以用于读取条形码。必要时，附加光学器件优选必须借助致动器或马达更换。
总之，本实用新型也可以如下描述：一种表面微轮廓测量仪，在该表面微轮廓测量仪中要么将功能重要的所有部件设置在一个壳体之内，要么该表面微轮廓测量仪常规地由进给装置和测量探测器构成，可以有利地在其应用范围方面扩展，当在探针附近安装有小型摄像机系统时，从而除了轮廓检测之外也能以图像方式检测工件表面的面区段。
Claims (16)
1.一种用于测量待测对象（9）的待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓的粗糙度或表面微结构轮廓测量仪，包括：
固定在探测杆（4）上的表面探测体（10），用于接触式或非接触式检测待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓；
机动化的或者配设有致动器的进给装置，用于使表面探测体（10）沿着移动路径在探测路径长度上运动；
用于检测表面探测体（10）相对于待测对象表面的位置的测量系统（6）；和
驱动、数据采集和/或评价电子装置（12）和/或计算机接口；
其特征在于：在所述探测杆（4）上和/或在用于保护所述探测杆（4）和/或表面探测体（10）以防被损坏的保护体（2）上安装有至少一个用于采集待测对象表面的图像的图像采集系统（3、11）。
2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述图像采集系统包括带有附加光学器件的CCD摄像机。
3.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于：所述CCD摄像机具有等于或小于2mm2的、有源的摄像机芯片面。
4.根据权利要求2或3所述的测量仪，其特征在于：所述附加光学器件是包括一个或多个透镜的摄像机物镜。
5.根据权利要求4所述的测量仪，其特征在于：所述摄像机物镜具有等于或小于3mm或者等于或小于2mm的最大直径。
6.根据权利要求5所述的测量仪，其特征在于：所述摄像机物镜具有好于100线对/mm的调制传递函数（MTF）。
7.根据权利要求6所述的测量仪，其特征在于：所述摄像机物镜1：1成像或者放大或缩小地成像。
8.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述图像采集系统和另一图像采集系统组合成一个立体图像生成系统。
9.根据权利要求1-3任一项所述的测量仪，其特征在于：设有一个或 多个用于照射待测对象（9）的待测对象表面的照明器件（12、13）。
10.根据权利要求9所述的测量仪，其特征在于：存在一个或多个用于在空间上和/或在时间上结构化地照射待测对象的待测对象表面的照明器件。
11.根据权利要求9所述的测量仪，其特征在于：所述图像采集系统或各所述图像采集系统的输入缆线和/或所述一个照明器件或所述多个照明器件的输入缆线在探测杆（4）上或在探测杆中被引导。
12.根据权利要求11所述的测量仪，其特征在于：所述探测杆（4）设计成探测杆管，并且所述图像采集系统和/或各所述图像采集系统的输入缆线和/或所述一个照明器件或所述多个照明器件的输入缆线在该探测杆管上或在该探测杆管中被引导。
13.根据权利要求1-3任一项所述的测量仪，其特征在于：所述表面探测体（10）是通过其用于接触式检测待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓的几何结构而确定的或起作用的探测体。
14.根据权利要求13所述的测量仪，其特征在于：所述表面探测体（10）包括探针的针尖或构成为带有针尖的探针，或者包括球或包括刀刃。
15.根据权利要求1-3任一项所述的测量仪，其特征在于：所述表面探测体是通过其电特性或通过其电磁特性为了非接触式检测待测对象表面的粗糙度或表面微结构轮廓而确定的或者有源或无源地起作用的探测体。
16.根据权利要求15所述的测量仪，其特征在于：所述表面探测体是电容器、线圈或者是发射电磁射线的物体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140305 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |