動態二維光電顯微鏡的制作方法
【專利摘要】一種動態二維光電顯微鏡，包括有用于照射被測二維線紋樣板的照明光源，用于將被測二維線紋樣板實像引入測量系統的光電顯微鏡物鏡，設置在所述光電顯微鏡物鏡的輸出光路上，用于將該路光分為用于觀察和用于測量的兩路光的第一分光平片，設置在第一分光平片所分出的用于觀察的光路上的成像CCD相機，所述成像CCD相機接收該路光用于在測量時對被測二維線紋樣板進行觀察與調整，設置在第一分光平片所分出的用于測量的光路上，并將該路光分成用于獲取光電瞄準信號的測量方向為X軸的兩路光和測量方向為Y軸的兩路光的測量單元。本發明結構簡單易于操作，能夠實現二維線紋瞄準的測量功能，有較好的測量對象的適應性及測量精度。
【專利說明】動態二維光電顯微鏡
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種顯微鏡。特別是涉及一種能夠實現二維線紋測量中的動態光電瞄準的動態二維光電顯微鏡。
【背景技術】
[0002]光電顯微鏡廣泛應用于幾何尺寸的精確瞄準、定位和測量之中。特別是在線紋的測量中，光電顯微鏡以其準確度高，測量方法簡單等特點被廣泛采用。動態光電顯微鏡具有測量對象在運動中瞄準測量的功能，因此在提高相應的測量效率方面有顯著的效果，具有更廣泛的適用性。在二維線紋測量中，由于測量點呈現幾何級數增長，因此光電瞄準的效率更是具有十分重要的意義。目前二維線紋測量采用影像測量原理的光學顯微鏡來實現，由于光學顯微鏡的分辨能力限制、測量結果受測量材料影響、測量效率低及成本高等原因，制約了二維線紋測量與校準的技術發展，無法滿足國家工業發展中對二維線紋測量與校準的需求。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是，提供一種具有較高適應性、動態測量、成本低及高測量準確度，能夠實現二維線紋測量中的動態光電瞄準的動態二維光電顯微鏡。
[0004]本發明所采用的技術方案是:一種動態二維光電顯微鏡，包括有用于照射被測二維線紋樣板的照明光源，用于將被測二維線紋樣板實像引入測量系統的光電顯微鏡物鏡，設置在所述光電顯微鏡物鏡的輸出光路上，用于將該路光分為用于觀察和用于測量的兩路光的第一分光平片，設置在第一分光平片所分出的用于觀察的光路上的成像CCD相機，所述成像CCD相機接收該路光用于在測量時對被測二維線紋樣板進行觀察與調整，設置在第一分光平片所分出的用于測量的光路上，并將該路光分成用于獲取光電瞄準信號的測量方向為X軸的兩路光和測量方向為Y軸的兩路光的測量單元。
[0005]所述的成像CXD相機的觀察區域大于被測二維線紋樣板的測量線寬的5倍。
[0006]所述的照明光源采用冷光源照明。
[0007]所述的測量單元包括有設置在第一分光平片所分出的用于測量的光路上的第二分光平片，設置在所述第二分光平片分出的垂直光路上的第三分光平片和設置在所述第二分光平片分出的水平光路上的第一可調諧工作狹縫，設置在所述第三分光平片分出的垂直光路上的分光棱鏡和設置在所述第三分光平片分出的水平光路上的第二可調諧工作狹縫，設置在所述分光棱鏡分出的垂直光路上的第四可調諧工作狹和設置在所述分光棱鏡分出的水平光路上的第三可調諧工作狹縫，其中，所述的第一可調諧工作狹縫的輸出連接第一光電接收器，所述的第二可調諧工作狹縫的輸出連接第二光電接收器，所述的第三可調諧工作狹縫的輸出連接第三光電接收器，所述的第四可調諧工作狹的輸出連接第四光電接收器。
[0008]所述的第一可調諧工作狹縫、第二可調諧工作狹縫、第三可調諧工作狹縫和第四可調諧工作狹結構相同，包括有非透光板，分別形成在所述非透光板上的第一透光狹縫、第二透光狹縫、第三透光狹縫和第四透光狹縫，其中所述的第一透光狹縫和第三透光狹縫以所述非透光板的中心點為對稱點對稱的設置在非透光板的垂直軸線上，所述的第二透光狹縫和第四透光狹縫以所述非透光板的中心點為對稱點對稱的設置在非透光板的水平軸線上。
[0009]所述的第一透光狹縫、第二透光狹縫、第三透光狹縫和第四透光狹縫的寬度為I ~20 μ m0
[0010]第一可調諧工作狹縫與第三可調諧工作狹縫相互匹配用于獲取瞄準測量所需要的鐘形波，第二可調諧工作狹縫與第四可調諧工作狹相互匹配用于獲取瞄準測量所需要的鑒向信號，所述的第一可調諧工作狹縫、第二可調諧工作狹縫、第三可調諧工作狹縫和第四可調諧工作狹的空間位置的設置關系，要保證第一可調諧工作狹縫獲取的鐘形波與第三可調諧工作狹縫獲取的鐘形波相交的交點在兩個鐘形波的波峰值的50%~90%之間。
[0011]本發明的動態二維光電顯微鏡，具有如下益效果:
[0012]1、本發明采用的設計結構簡單易于操作，能夠實現二維線紋瞄準的測量功能，有較好的測量對象的適應性及測量精度。采用光電鐘形波觸發及時域同步鑒向的方法實現了二維線紋的動態光電瞄 準，避免了現有采用影響法瞄準測量效率低、精度差的問題。解決二維線紋動態測量的問題，提高了當前的二維線紋測量的適應性。
[0013]2、本發明選用4個空間分布狹縫，運用了動態光電鐘形波和鑒向信號復合的方式，有效地解決了同步動態測量和測量空間鑒別的問題，降低了測量成本，提高了測量效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的整體結構示意圖；
[0015]圖2是本發明中可調諧工作狹縫的結構圖；
[0016]圖3是本發明中被測二維線紋樣板的二維線紋的刻線示意圖；
[0017]圖4是本發明中動態光電鐘形波時序圖；
[0018]圖5是本發明中動態測量鑒向信號圖。
[0019]圖中
[0020]1:照明光源2:被測二維線紋樣板
[0021]3:光電顯微鏡物鏡4:第一分光平片
[0022]5:成像CCD相機6:第二分光平片
[0023]7:第三分光平片8:分光棱鏡
[0024]9:第一可調諧工作狹縫10:第一光電接收器
[0025]11:第二可調諧工作狹縫12:第二光電接收器
[0026]13:第三可調諧工作狹縫14:第三光電接收器
[0027]15:第四可調諧工作狹縫16:第四光電接收器
[0028]17:鐘形波信號18:鐘形波信號
[0029]19:鑒向信號20:鑒向信號
[0030]21:非透光板211:第一透光狹縫[0031]212:第二透光狹縫213:第三透光狹縫
[0032]214:第四透光狹縫
【具體實施方式】
[0033]下面結合實施例和附圖對本發明的動態二維光電顯微鏡做出詳細說明。
[0034]如圖1所示，本發明的動態二維光電顯微鏡，包括有用于照射被測二維線紋樣板2的照明光源1，用于將被測二維線紋樣板2實像引入測量系統的光電顯微鏡物鏡3，設置在所述光電顯微鏡物鏡3的輸出光路上，用于將該路光分為用于觀察和用于測量的兩路光的第一分光平片4，設置在第一分光平片4所分出的用于觀察的光路上的成像CCD相機5，所述成像CCD相機5接收該路光用于在測量時對被測二維線紋樣板2進行觀察與調整，設置在第一分光平片4所分出的用于測量的光路上，并將該路光分成用于獲取光電瞄準信號的測量方向為X軸的兩路光和測量方向為Y軸的兩路光的測量單元。
[0035]所述的照明光源I采用冷光源照明。該冷光源采用碘鎢燈匯聚后由光纖導入，光纖導出端口經準直擴束后形成平行光投射到被測二維線紋樣板2之上。光電顯微鏡物鏡3用于將二維線紋刻線實像引入測量系統，該實像用于與測量系統中的可調諧狹縫進行比較形成相應的測量波形，顯微物鏡放大倍數和被測二維線紋樣板2的二維線紋的線寬相匹配，可選擇顯微物鏡放大倍 數為40倍。所述的成像CCD相機用于光電顯微鏡測量二維線紋樣板時觀察與調整等輔助工作，成像CCD相機5的觀察區域一般大于被測二維線紋樣板2的測量線寬的5倍，以方便二維線紋樣板的安裝調整及測量時的粗大誤差數據的診斷，本實施例選觀察區域為100 μ mX 100 μ m。
[0036]所述的測量單元包括有設置在第一分光平片4所分出的用于測量的光路上的第二分光平片6，設置在所述第二分光平片6分出的垂直光路上的第三分光平片7和設置在所述第二分光平片6分出的水平光路上的第一可調諧工作狹縫9，設置在所述第三分光平片7分出的垂直光路上的分光棱鏡8和設置在所述第三分光平片7分出的水平光路上的第二可調諧工作狹縫11，設置在所述分光棱鏡8分出的垂直光路上的第四可調諧工作狹15和設置在所述分光棱鏡8分出的水平光路上的第三可調諧工作狹縫13，其中，所述的第一可調諧工作狹縫9的輸出連接第一光電接收器10，所述的第二可調諧工作狹縫11的輸出連接第二光電接收器12，所述的第三可調諧工作狹縫13的輸出連接第三光電接收器14，所述的第四可調諧工作狹15的輸出連接第四光電接收器16。
[0037]如圖2所示，所述的第一可調諧工作狹縫9、第二可調諧工作狹縫11、第三可調諧工作狹縫13和第四可調諧工作狹15結構相同，包括有非透光板21，分別形成在所述非透光板21上的第一透光狹縫211、第二透光狹縫212、第三透光狹縫213和第四透光狹縫214，其中所述的第一透光狹縫211和第三透光狹縫213以所述非透光板21的中心點為對稱點對稱的設置在非透光板21的垂直軸線上，所述的第二透光狹縫212和第四透光狹縫214以所述非透光板21的中心點為對稱點對稱的設置在非透光板21的水平軸線上。
[0038]所述的第一透光狹縫211、第二透光狹縫212、第三透光狹縫213和第四透光狹縫214的寬度為I~20 μ m。該寬度與如圖3所示的被測二維線紋樣板2的二維線紋刻線的寬度相匹配。
[0039]第一可調諧工作狹縫9與第三可調諧工作狹縫13相互匹配用于獲取瞄準測量所需要的鐘形波，第二可調諧工作狹縫11與第四可調諧工作狹15相互匹配用于獲取瞄準測量所需要的鑒向信號，所述的第一可調諧工作狹縫9、第二可調諧工作狹縫11、第三可調諧工作狹縫13和第四可調諧工作狹15的空間位置的設置關系，要保證第一可調諧工作狹縫9獲取的鐘形波與第三可調諧工作狹縫13獲取的鐘形波相交的交點在兩個鐘形波的波峰值的50%?90%之間。
[0040]本發明的動態二維光電顯微鏡，采用光電鐘形波觸發及時域同步鑒別測量方向的方式，利用光學成像的方法將測量的線紋實像投射在光電接收器的可調諧工作狹縫上，被測二維線紋樣板2的二維線紋刻像經過旋轉的可調諧工作狹縫的狹縫。當二維線紋刻像與可調諧工作狹縫的狹縫重合時通過狹縫光強最小，這個過程形成了動態光電瞄準的光電鐘形波和鑒向信號。定義第一光電接收器10、第三光電接收器14測量方向為X軸、第二光電接收器12、第四光電接收器16測量方向為Y軸，以此共同組成平面直角坐標系，配合二維動態光電顯微鏡，X、Y軸分別由激光干涉儀測量。
[0041]本發明的動態二維光電顯微鏡測量時，照明光投射到被測二維線紋樣板2通過光電顯微鏡物鏡3進入光電顯微鏡,經過第一分光平片(其分光比為1:9), 10%光強分光到成像CXD相機5成像用于測量觀察與調整，另一部分用于光電瞄準信號的獲取。其中第二分光平片6 (其分光比為1:4)和第三分光平片7 (其分光比為1:3)及分光棱鏡8 (其分光比為1:1)將測量光均勻分成4路。二維線紋的測量光成像在第一可調諧工作狹縫9處，四個可調諧工作狹縫的空間位置關系與二維動態光電顯微鏡的測量速度相關。第一可調諧工作狹縫和第三可調諧工作狹縫相互匹配，第二可調諧工作狹縫和第四可調諧工作狹縫相互匹配，用于獲取瞄準測量所需要的鐘形波和鑒向信號。以X軸向測量為例，當被測二維線紋樣板的線紋實像動態通過第一可調諧工作狹縫時，如圖4所示，第一光電接收器10得到鐘形波17，通過第三可調諧工作狹縫時，第三光電接收器14得到鐘形波信號18，如圖5所示，第二光電接收器12得到鑒向信號19，第四光電接收器16得到鑒向信號20。從測量的鐘形波和鑒向信號的時序關系上看，當通過第一組可調諧工作狹縫(第一可調諧工作狹縫、第三可調諧工作狹縫)光強被測量為鐘形波時，通過第二組可調諧工作狹縫(第二可調諧工作狹縫、第四可調諧工作狹縫)光強測量得到必然是鑒向信號，反之亦然。測量方向可以通過每組的測量波形信號的時序來判斷(是沿著X (或Y)軸正向(反向)運動)或通過測量人自我的設定。
[0042]以上所述為本發明的較佳實施例而已，本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種動態二維光電顯微鏡，包括有用于照射被測二維線紋樣板(2)的照明光源(1)，其特征在于，還設置有:用于將被測二維線紋樣板(2)實像引入測量系統的光電顯微鏡物鏡(3)，設置在所述光電顯微鏡物鏡(3)的輸出光路上，用于將該路光分為用于觀察和用于測量的兩路光的第一分光平片(4)，設置在第一分光平片(4)所分出的用于觀察的光路上的成像CCD相機(5)，所述成像CCD相機(5)接收該路光用于在測量時對被測二維線紋樣板(2)進行觀察與調整，設置在第一分光平片(4)所分出的用于測量的光路上，并將該路光分成用于獲取光電瞄準信號的測量方向為X軸的兩路光和測量方向為Y軸的兩路光的測量單J Li ο
2.根據權利要求1所述的動態二維光電顯微鏡，其特征在于，所述的成像CCD相機(5)的觀察區域大于被測二維線紋樣板(2)的測量線寬的5倍。
3.根據權利要求1所述的動態二維光電顯微鏡，其特征在于，所述的照明光源(I)采用冷光源照明。
4.根據權利要求1所述的動態二維光電顯微鏡，其特征在于，所述的測量單元包括有設置在第一分光平片(4)所分出的用于測量的光路上的第二分光平片(6)，設置在所述第二分光平片(6)分出的垂直光路上的第三分光平片(7)和設置在所述第二分光平片(6)分出的水平光路上的第一可調諧工作狹縫(9)，設置在所述第三分光平片(7)分出的垂直光路上的分光棱鏡(8)和設置在所述第三分光平片(7)分出的水平光路上的第二可調諧工作狹縫(11)，設置在所述分光棱鏡(8)分出的垂直光路上的第四可調諧工作狹(15)和設置在所述分光棱鏡(8)分出的水平光路上的第三可調諧工作狹縫(13)，其中，所述的第一可調諧工作狹縫(9)的輸出連接第一光電接收器(10)，所述的第二可調諧工作狹縫(11)的輸出連接第二光電接收器(12)，所述的第三可調諧工作狹縫(13)的輸出連接第三光電接收器(14)，所述的第四可調諧工作狹(15)的輸出連接第四光電接收器(16)。
5.根據權利要求4所述的動態二維光電顯微鏡，其特征在于，所述的第一可調諧工作狹縫(9)、第二可調諧工作狹縫(11 )、第三可調諧工作狹縫(13)和第四可調諧工作狹(15)結構相同，包括有非透光板(21)，分別形成在所述非透光板(21)上的第一透光狹縫(211)、第二透光狹縫(212)、第三透光狹縫(213)和第四透光狹縫(214)，其中所述的第一透光狹縫(211)和第三透光狹縫(213)以所述非透光板(21)的中心點為對稱點對稱的設置在非透光板(21)的垂直軸線上，所述的第二透光狹縫(212)和第四透光狹縫(214)以所述非透光板(21)的中心點為對稱點對稱的設置在非透光板(21)的水平軸線上。
6.根據權利要求5所述的動態二維光電顯微鏡,其特征在于，所述的第一透光狹縫(211)、第二透光狹縫(212)、第三透光狹縫(213)和第四透光狹縫(214)的寬度為I?20 μ m0
7.根據權利要求4或5所述的動態二維光電顯微鏡，其特征在于，第一可調諧工作狹縫(9)與第三可調諧工作狹縫(13)相互匹配用于獲取瞄準測量所需要的鐘形波，第二可調諧工作狹縫(11)與第四可調諧工作狹(15)相互匹配用于獲取瞄準測量所需要的鑒向信號，所述的第一可調諧工作狹縫(9)、第二可調諧工作狹縫(11)、第三可調諧工作狹縫(13)和第四可調諧工作狹(15)的空間位置的設置關系，要保證第一可調諧工作狹縫(9)獲取的鐘形波與第三可調諧工作狹縫(13)獲取的鐘形波相交的交點在兩個鐘形波的波峰值的50%?90%之間。
【文檔編號】G01B11/00GK103940334SQ201410145044
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】朱振宇, 王霽, 李華豐, 傅星, 李強, 梁志國 申請人:天津大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
