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全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)--三維表面測(cè)量的先進(jìn)方法
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，表面科學(xué)及表面檢測(cè)越來(lái)越多的被人們關(guān)注和重視。奧地利Alicona公司生產(chǎn)的自動(dòng)變焦三維表面測(cè)量?jī)x采用新型的自動(dòng)變焦技術(shù)，是一款非接觸式光學(xué)表面測(cè)量?jī)x。具有精度高，測(cè)量面積大，速度快，不損壞樣品表面等特點(diǎn)，尤其適合測(cè)量結(jié)構(gòu)復(fù)雜或表面粗糙度較高的樣品。在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于刀具模具制造、汽車(chē)制造、航天航空、造紙、材料科學(xué)、摩擦、電子制造、醫(yī)學(xué)、刑偵等領(lǐng)域。本文將對(duì)全自動(dòng)變焦技術(shù)的原理、測(cè)量特點(diǎn)、相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行介紹。
1.全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)的原理
全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)的工作原理是光學(xué)小景深測(cè)量與精密垂直掃描相結(jié)合。光源所發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)共軸的分光棱鏡和物鏡，聚焦照射到樣品表面上并發(fā)生反射，所反射光學(xué)信號(hào)經(jīng)由分光棱鏡被信號(hào)傳感器接收，如圖1所示。通過(guò)連續(xù)的自動(dòng)的垂直掃描技術(shù)以及先進(jìn)的圖像運(yùn)算處理技術(shù)，獲得樣品完整的表面三維形貌。Alicona公司全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)已被ISO列入的表面三維形貌測(cè)量技術(shù)。
圖1 全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)原理圖
2.全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)
（1） 能夠同時(shí)測(cè)量形貌和粗糙度
Alicona自動(dòng)變焦三維表面測(cè)量?jī)x能夠在選定的測(cè)量區(qū)域手動(dòng)測(cè)量半徑、角度、臺(tái)階高度、距離等參數(shù)。并同時(shí)得到精糙度參數(shù)（Ra, Rq, Rz）等。
（2）能夠測(cè)量超過(guò)80°的陡峭斜面
常規(guī)的測(cè)量技術(shù)由于測(cè)量原理的限制，對(duì)于陡峭斜面的測(cè)量都比較困難，而陡峭斜面的準(zhǔn)確測(cè)量又恰恰是很多領(lǐng)域所需要的，如刀具模具制造行業(yè)。應(yīng)用全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)對(duì)斜面超過(guò)80°的工件仍能快速而準(zhǔn)確的測(cè)量。圖2所示是使用全自動(dòng)變焦技術(shù)對(duì)鉆頭表面三維形貌的測(cè)量。
圖2 陡峭斜面測(cè)量實(shí)例-鉆頭的三維表面形貌測(cè)量
（3）大面積的表面紋理測(cè)量
傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量只能測(cè)量線輪廓的粗糙度，與此相比，Alicona公司自動(dòng)變焦三維表面測(cè)量?jī)x可以測(cè)量整個(gè)表面的面粗糙度參數(shù)（Sa, Sq, Sz, Ssk……），測(cè)量符合的EN ISO 25178標(biāo)準(zhǔn)。
（4） 工具和刀具刃口測(cè)量
Alicona公司全自動(dòng)刀具測(cè)量?jī)x能夠快速、可靠地對(duì)刀具執(zhí)行精密的測(cè)量。
例如切削角度、切削半徑等。能夠?qū)Ω鞣N形狀的幾何體提供360度的形狀和粗糙測(cè)量，獲得完整的三維數(shù)據(jù)集，是逆向工程設(shè)計(jì)的*助手。
（5） 偏差測(cè)量和輪廓測(cè)量
偏差測(cè)量可以將工件的測(cè)量形貌與CAD設(shè)計(jì)圖進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)行偏差分析，的完成逆向工程。輪廓測(cè)量能夠從任何一個(gè)測(cè)量位置測(cè)量角度、距離、圓周、內(nèi)切圓、外接圓、螺距等。輪廓測(cè)量在幾秒鐘內(nèi)就可完成。
（6） 體積測(cè)量和形狀測(cè)量
Alicona自動(dòng)變焦三維表面測(cè)量?jī)x通過(guò)皂膜模型來(lái)計(jì)算凹凸部分的體積。并能測(cè)量常規(guī)幾何體和彎曲表面，如：球體、圓錐和圓柱等，能夠?qū)Φ毒吆推渌M件進(jìn)行可視化和形狀測(cè)量。
3.全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用
憑借全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)出眾的測(cè)量特點(diǎn)，在工具模具、航天航空、汽車(chē)制造、材料科學(xué)、造紙、摩擦、電子制造、醫(yī)學(xué)、刑偵等領(lǐng)域，即對(duì)材料表面三維形貌極為關(guān)注的領(lǐng)域，都有著廣泛的應(yīng)用。奧地利Alicona公司已經(jīng)與眾多的高校、研究所以及企業(yè)有著緊密的合作關(guān)系，如森拉天時(shí)、大眾汽車(chē)、阿奇夏米爾等等。
4.全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)的儀器
Alicona公司全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)的儀器主要有：IFM全自動(dòng)變焦三維表面測(cè)量?jī)x、EdgeMaster全自動(dòng)刀具測(cè)量?jī)x。全自動(dòng)變焦三維表面測(cè)量?jī)x是功能zui為全面的三維表面測(cè)量?jī)x，全自動(dòng)刀具測(cè)量?jī)x則是針對(duì)刀具行業(yè)而專門(mén)研發(fā)制造。奧地利Alicona公司為滿足不同用戶的需求，已經(jīng)推出了更多的儀器型號(hào)，如適合于測(cè)量超大尺寸樣品的全自動(dòng)變焦三維表面測(cè)量?jī)x、適合于在線監(jiān)測(cè)的全自動(dòng)變焦三維表面測(cè)量?jī)x等等。
（a）
（b）
圖5 全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)的儀器
（a）全自動(dòng)變焦三維表面測(cè)量?jī)x，（b）全自動(dòng)刀具測(cè)量?jī)x
展望
材料表面三維形貌測(cè)量是對(duì)材料表面性能檢測(cè)和質(zhì)量控制的重要手段，全自動(dòng)變焦測(cè)量技術(shù)則為材料表面三維形貌測(cè)量提供先進(jìn)的解決方案。奧地利Alicona公司已經(jīng)為眾多精密制造單位提供先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，北京東方德菲儀器有限公司則致力于奧地利Alicona公司產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的推廣，以滿足國(guó)內(nèi)用戶對(duì)材料表面測(cè)量的需求，為用戶提供先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和解決方案。