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全自動變焦測量技術(shù)--三維表面測量的先進方法
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)及表面檢測越來越多的被人們關(guān)注和重視,。奧地利Alicona公司生產(chǎn)的自動變焦三維表面測量儀采用新型的自動變焦技術(shù)，是一款非接觸式光學(xué)表面測量儀,。具有精度高，測量面積大，速度快,，不損壞樣品表面等特點，尤其適合測量結(jié)構(gòu)復(fù)雜或表面粗糙度較高的樣品,。在國外已廣泛應(yīng)用于刀具模具制造,、汽車制造、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,。本文將對全自動變焦技術(shù)的原理,、測量特點、相關(guān)應(yīng)用進行介紹。
1.全自動變焦測量技術(shù)的原理
全自動變焦測量技術(shù)的工作原理是光學(xué)小景深測量與精密垂直掃描相結(jié)合,。光源所發(fā)出的光線經(jīng)過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)信號經(jīng)由分光棱鏡被信號傳感器接收,，如圖1所示,。通過連續(xù)的自動的垂直掃描技術(shù)以及先進的圖像運算處理技術(shù)，獲得樣品完整的表面三維形貌,。Alicona公司全自動變焦測量技術(shù)已被ISO列入的表面三維形貌測量技術(shù),。
圖1 全自動變焦測量技術(shù)原理圖
2.全自動變焦測量技術(shù)的特點
（1） 能夠同時測量形貌和粗糙度
Alicona自動變焦三維表面測量儀能夠在選定的測量區(qū)域手動測量半徑、角度,、臺階高度,、距離等參數(shù)。并同時得到精糙度參數(shù)（Ra, Rq, Rz）等,。
（2）能夠測量超過80°的陡峭斜面
常規(guī)的測量技術(shù)由于測量原理的限制,，對于陡峭斜面的測量都比較困難，而陡峭斜面的準確測量又恰恰是很多領(lǐng)域所需要的,，如刀具模具制造行業(yè),。應(yīng)用全自動變焦測量技術(shù)對斜面超過80°的工件仍能快速而準確的測量。圖2所示是使用全自動變焦技術(shù)對鉆頭表面三維形貌的測量,。
圖2 陡峭斜面測量實例-鉆頭的三維表面形貌測量
（3）大面積的表面紋理測量
傳統(tǒng)的接觸式測量只能測量線輪廓的粗糙度,，與此相比，Alicona公司自動變焦三維表面測量儀可以測量整個表面的面粗糙度參數(shù)（Sa, Sq, Sz, Ssk……）,，測量符合的EN ISO 25178標(biāo)準,。
（4） 工具和刀具刃口測量
Alicona公司全自動刀具測量儀能夠快速、可靠地對刀具執(zhí)行精密的測量,。
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度的形狀和粗糙測量,，獲得完整的三維數(shù)據(jù)集,，是逆向工程設(shè)計的*助手。
（5） 偏差測量和輪廓測量
偏差測量可以將工件的測量形貌與CAD設(shè)計圖進行比對,，進行偏差分析,，的完成逆向工程。輪廓測量能夠從任何一個測量位置測量角度,、距離,、圓周、內(nèi)切圓,、外接圓,、螺距等,。輪廓測量在幾秒鐘內(nèi)就可完成。
（6） 體積測量和形狀測量
Alicona自動變焦三維表面測量儀通過皂膜模型來計算凹凸部分的體積,。并能測量常規(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件進行可視化和形狀測量,。
3.全自動變焦測量技術(shù)的應(yīng)用
憑借全自動變焦測量技術(shù)出眾的測量特點,，在工具模具,、航天航空、汽車制造,、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、大眾汽車,、阿奇夏米爾等等,。
4.全自動變焦測量技術(shù)的儀器
Alicona公司全自動變焦測量技術(shù)的儀器主要有：IFM全自動變焦三維表面測量儀、EdgeMaster全自動刀具測量儀,。全自動變焦三維表面測量儀是功能zui為全面的三維表面測量儀,，全自動刀具測量儀則是針對刀具行業(yè)而專門研發(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,，如適合于測量超大尺寸樣品的全自動變焦三維表面測量儀、適合于在線監(jiān)測的全自動變焦三維表面測量儀等等,。
（a）
（b）
圖5 全自動變焦測量技術(shù)的儀器
（a）全自動變焦三維表面測量儀,，（b）全自動刀具測量儀
展望
材料表面三維形貌測量是對材料表面性能檢測和質(zhì)量控制的重要手段，全自動變焦測量技術(shù)則為材料表面三維形貌測量提供先進的解決方案,。奧地利Alicona公司已經(jīng)為眾多精密制造單位提供先進的測量技術(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)品在國內(nèi)市場的推廣，以滿足國內(nèi)用戶對材料表面測量的需求,，為用戶提供先進的測量技術(shù)和解決方案,。