专利名称：一种基于白光干涉定位原理的比较仪及其检测方法
技术领域：
本发明属于线性尺寸光学测量技术领域，更具体地，涉及一种基于白光干涉定位原理的比较仪及其测量方法。
背景技术：
在机械产品的加工和检验过程中，对长度、厚度、高度或其他类似线性尺寸的测量是几何计量中的一项重要内容。对于高精度的线性尺寸测量而言，比较测量法是一种广泛使用而其测量精度又不断获得提高的测量方法。目前，长度比较测量法主要包括机械式比较仪、光学式比较仪、电感测微仪和光栅测量仪等几类。其中机械式比较仪主要包括杠杆比较仪、杠杠齿轮比较仪和扭簧比较仪三种。这三种比较仪通过机械结构将被测量进行放大，测量分辨率可达I微米，示值范围为几十微米到数百微米，测量范围取决于与其相配合 的测量立柱的高度，一般为几十毫米。光学式比较仪包括立式光学比较仪和卧式光学比较仪，其测量范围可达100毫米，测量分辨率可达I微米。电感测微仪是另一种常用的微小尺寸测量仪器，其不同的档位测量范围不同，对应的分辨率也不同，其最高分辨率可达O. I微米。光栅测微仪则是利用光栅尺的光学原理来检测长度量，其分辨率可达O. I微米或O. 01微米。然而，随着现代精密加工不断提高的质量要求，对线性尺寸测量的精度相应也提出了更高的要求。例如，对于精密微小零件纳米级长度的比较测量，上述仪器难以达到符合要求的测量分辨率，或是难以进行安装测量。此外，虽然可以采用双频激光干涉仪来进行上述比较测量法中各种仪器的测量要求，甚至可以提高更高的测量分辨率，但其售价高、体积较大，一般单位在经济上难以承受，而且其操作复杂，对于测量人员要求较高，因此在实践中难以对精密零件构建合理的高精度测量方案。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷和技术需求，本发明的目的在于提供一种基于白光干涉定位原理的比较仪及其相应的测量方法，其具有能够充分利用白光干涉定位的高精度特性、结构简单、便于操作，以及测量结果精度高和成本低等特点。按照本发明的一个方面，提供了一种基于白光干涉定位原理的比较仪，该比较仪包括测量探针、测量物镜、干涉显微镜、垂直扫描工作台、滑块、C⑶成像单元、立柱、移动量检测单元和水平工作台，其特征在于所述垂直扫描工作台设置在与水平工作台竖直相连的所述立柱上，并由第一驱动机构予以上下驱动；所述干涉显微镜和CXD成像单元通过连接套筒相连，并一同固定于所述滑块，其中滑块设置在垂直扫描工作台上并由第二驱动机构予以上下驱动，干涉显微镜处于连接套筒的下部用于形成光的干涉条纹，CCD成像单元处于连接套筒的上部用于对所产生的干涉条纹执行成像显示；
所述移动量检测单元设置在垂直扫描工作台上，用于对滑块在垂直方向上相对于垂直扫描工作台的移动量予以检测输出；所述测量探针可绕枢轴转动地设置在与所述干涉显微镜竖直相连的支撑杆上，其前端具有用于与被测对象表面相接触的探针针尖，后端具有平面反射镜；所述测量物镜固定安装在所述干涉显微镜的下部并处于所述测量探针后端的平面反射镜上方，用于对来自干涉显微镜的光或由所述平面反射镜反射的光进行汇聚；所述水平工作台设置在所述测量探针下方，用于放置被测对象。通过按照本发明以上构思的比较仪，由于采 用了安装在探针的后端具备的平面反射镜反射，由测量物镜会聚后返回干涉显微镜内并同干涉显微镜内固有的分光镜所分出的一部分白光所汇聚，从而可形成能够反映被测物高度微小变化的干涉条纹，由此获得精确的线性尺寸测量结果；相应地，一方面能够以紧凑结构实现对譬如高度等线性尺寸的测量，并较大幅度地提高测量精度，另一方面能够尽可能避免测量光直接射到被测物表面受到被测物表面光学性能的不利影响，由此减少测量误差的产生。作为进一步优选地，所述第一驱动机构包括设置在所述立柱顶端的粗驱电机及与其相连的粗驱丝杆，所述垂直扫描工作台在粗驱电机和粗驱丝杆的驱动下，沿着垂直方向在立柱表面执行上下移动；所述第二驱动机构包括设置在垂直扫描工作台顶端的精驱电机、与精驱电机相连的精驱丝杆，以及左右对称分布的滚动导轨副，所述滑块在精驱电机和精驱丝杆的驱动下，沿着滚动导轨副在垂直扫描工作台表面执行上下驱动。通过以上对第一和第二驱动机构的具体限定，可以在粗精两级范围内来驱动垂直扫描工作台和滑台，相应实现对测量探针多个量程的上下移动，这样既能够更为精确、便利地调节测量探针的运动行程，而且还能够运用其精驱模式来直接获得被测对象的绝对高度值；此外，上述驱动设置方式能够保证装置整体结构的紧凑性，同时各个组件在驱动过程中不会彼此造成不利影响。作为进一步优选地，所述比较仪还包括计算机测控单元，该计算机测控单元分别与所述第一和第二驱动机构的电机、移动量检测单元和CCD成像单元相连，并用于控制各个电机的驱动操作、记录和显示滑块相对于垂直扫描工作台的移动量、对CCD成像单元所形成的干涉条纹予以显示输出和后置处理，以及用于结合移动量检测单元的检测结果来相应计算出被测对象的高度变化量。通过对按照本发明的比较仪配置计算机测控系统，一方面可实现对整个高度检测过程的自动化操作，另一方面能够便于根据白光干涉条纹来快速计算及输出被测对象的线性尺寸数据，由此便于操作人员的操作，同时大大提高测量精度和工作效率。作为进一步优选地，所述移动量检测单元为微型激光干涉测长仪，相应在所述滑块处设置有反射镜。通过将移动量检测单元具体限定为微型激光干涉测长仪，当滑块以精驱模式在垂直方向上相对于垂直扫描工作台执行移动时，激光干涉测长仪即能根据反射镜所反射的光路，快捷、精确地获取滑块的移动量，该移动量也即干涉显微镜在垂直方向上的移动量；因此，与其他检测方式相比，能够获得更高精度级的测量结果，这一点当比较仪用于直接测量待测对象的绝对高度时尤其重要，此外还具备便于组装和结构紧凑的优点。作为进一步优选地，所述测量探针后端的平面反射镜到枢轴中心的水平距离为60mm，其前端的探针针尖到枢轴中心的水平距离为120mm。通过将测量探针上的平面反射镜和探针针尖的设置位置进行具体限定，这样能够依靠测量探针的自重使针尖以较小的测量力压在被测物表面上，避免被测物表面变形产生测量误差，由此进一步提高被测物高度变化量的检测精度；此外，上述的探针参数能够使得结构小型化，并适用于各种实际的测量过程。作为进一步优选地，所述干涉显微镜包括光源、分光镜、参考物镜和反射镜，其中光源用于产生和发射白光，分光镜用于将光源所发出的白光分成两束即射向所述测量物镜的光束和射向参考物镜的光束，所述参考物镜用于对经过分光镜分光后射来的光束进行汇聚，所述反射镜用于将经过参考物镜会聚后的光束执行反射，从而与射向测量物镜并由所述测量探针后端的平面反射镜所反射返回的光束相汇聚由此产生干涉条纹。按照以上构思的干涉显微镜结构，能够以简单的结构实现对白光的分光、汇聚和干涉条纹的产生，并被CCD成像装置所接收，由此能充分利用白光干涉的高精度特性来实现对被测物高度的检测。 按照本发明的另一方面，还提供了相应的高度测量方法，该方法包括(a)在执行高度检测之前，先以一块测量标准件即已知精确高度的标准件作为测量基准,通过启动第一驱动机构使得测量探针与该标准件的上表面相接触,然后通过启动第二驱动机构，使得测量探针所形成白光干涉条纹的零级条纹基本处于CCD成像单元的中央成像面位置，记录该基准干涉图像并移走测量标准件；(b)将被测对象放置在水平工作台上，使得测量探针的探针针尖保持与被测对象表面相接触当CCD成像单元的成像面上呈现新的白光干涉条纹时，记录该新的干涉图像；当CCD成像单元的成像面上未呈现白光干涉条纹时，通过启动第二驱动机构使得成像面上重新出现白光干涉条纹，并记录该新的干涉图像以及滑块在此过程中的垂直移动量；(C)对所述新的干涉图像与基准干涉图像两者中零级条纹之间的相对距离进行计量并结合滑块的垂直移动量，由此获得被测对象相对于测量基准的高度变化量，根据该高度变化量相应计算被测对象的绝对高度值，从而完成整体的高度测量过程。作为进一步优选地，在执行高度检测之前，可以直接将测量探针针尖接触水平工作台台面并记录此时的基准干涉图像，然后按照所述步骤(b)和(C)来相应执行测量过程，由此直接获得被测对象的绝对高度值。总体而言，按照本发明的基于白光干涉定位原理的比较仪及其检测方法与现有技术相比，主要具备以下的技术优点I、由于能够充分利用白光干涉的高精度特性，并有效避免非接触测量受限于被测表面材料的光学性能的影响，因此可以以简单结构来实现检测分辨率高达纳米级的高度比较检测；2、通过采用计算机测控系统，能够实现整个高度检测过程的自动化操作和显示，同时能够便于根据白光干涉条纹来快速计算及输出被测对象的线性尺寸数据，由此便于操作人员的操作，同时大大提高测量精度和工作效率；3、通过采用粗精两级驱动模式来驱动垂直扫描工作台和滑台，相应可实现对测量探针多个量程的上下移动，这样既能够更为精确、便利地调节测量探针的运动行程，而且其精驱模式可以运用至测量过程中；
4、考虑到目前很多的传感器在量程与测量精度之间不能兼顾，因此现有技术的比较仪主要采用的是相对测量方式；而对于本发明的白光干涉定位比较仪，既能够实现对高度等线性尺寸的相对测量，还能够在不具备高精度测量标准件的情况下直接执行绝对测量。
图I是按照本发明的白光干涉定位比较仪的整体结构示意图；图2是图I中所示干涉显微镜的结构示意图。在所有附图中，相同的附图标记用于表示相同的元件或结构，其中I-测量探针，2-枢轴，3-测量物镜，4-支撑杆，5-干涉显微镜，6_连接套筒，7_垂直扫描工作台，8-滑块，9-CXD成像单元，10-左滚动导轨副，11-立柱，12-粗驱电机，13-粗 驱丝杠，14-精驱电机，15-移动量检测单元，16-精驱丝杠，17-反射镜，18-右滚动导轨副，19-水平工作台，20-计算机测控单元，21-被测对象，22-光源，23-聚光物镜，24-孔径光阑，25-视场光阑，26-照明物镜，27-放大镜，28-分光镜，29-补偿板，30-参考物镜，31-反射镜。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图I是按照本发明的白光干涉定位比较仪的整体结构示意图。如图I中所示，按照本发明的白光干涉定位比较仪主要包括测量探针I、测量物镜3、干涉显微镜5、垂直扫描工作台7、滑块8、(XD成像单元9、立柱11、移动量检测单元15以及水平工作台19等部件。水平工作台19设置在测量探针I的下方，用于放置被测对象21 ;在水平工作台19上，竖直设置有作为竖向支撑框架的立柱11。垂直扫描工作台7设置在立柱11上，并由第一驱动机构沿着垂直方向予以上下驱动。干涉显微镜5和CXD成像单元9通过连接套筒6彼此相连，并一同固定于滑块8，其中干涉显微镜5处于连接套筒6的下部，其作用在于如下文所具体描绘地，发出白光并经过白光的分光及传递后形成白光干涉条纹，然后根据干涉条纹来实现对被测对象高度变化量的检测；CCD成像单元9处于连接套筒6的上部，其用于对所产生的干涉条纹执行成像显示。滑块8设置在垂直扫描工作台7上，并由第二驱动机构沿着垂直方向予以上下驱动，相应带动固定其上的干涉显微镜5、CXD成像单元9以及分别连接在干涉显微镜5下部的测量物镜3、测量探针I也随之运动。移动量检测单元15可以设置在垂直扫描工作台7上，用于对滑块8在垂直方向上相对于垂直扫描工作台7的移动量予以检测输出。测量探针I譬如通过枢轴2关于枢轴中心可转动地设置在竖直设置的支撑杆4上，该支撑杆4的上端与干涉显微镜5镜体相连，其下端用于安装枢轴2。测量探针I的前端(在图中显示为左端)具有用于与被测对象表面相接触的探针针尖，其后端(在图中显示为右端)具有微型的、处于测量物镜3视场范围之内的平面反射镜，用于对入射白光进行反射。测量物镜3固定安装在干涉显微镜5的下部并处于测量探针I后端的平面反射镜上方，用于对来自干涉显微镜5的光或由所述平面反射镜反射的光进行汇聚。当来自干涉显微镜5的入射光射向测量探针I后端的平面反射镜时，固定安装在干涉显微镜5下部的测量物镜3首先对光进行汇聚，然后射向探针后端的平面反射镜，平面反射镜对光进行反射并由测量物镜3再次汇聚，然后返回至干涉显微镜5内部。图2是图I中所示的干涉显微镜的结构示意图。如图2中所示，干涉显微镜5的基本内部结构包括光源22、分光镜28、参考物镜30和反射镜31，同时可以具有其他一些辅助构件，其中光源22用于产生和发射白光,分光镜28用于将光源22所发出的光分成两束，也即射向测量物镜3的光束和射向参考物镜30的光束，参考物镜30用于对经过分光镜28分光后射来的光束进行汇聚，反射镜31用于将经过参考物镜30会聚后的光束执行反射，从而与射向测量物镜3并由测量探针I的后端的平面反射镜所反射返回的光束相汇聚，由此产生干涉条纹。干涉显微镜5的具体成像过程为光源22发射的白光投射到聚光物镜23上，通过孔径光阑24、视场光阑25和照明物镜26，投射到分光镜28的前端面，经过折射后 入射到分光镜28的后端面；入射到分光镜28后端面的光线的一部分被反射到达分光镜28前端面并发生折射，经过测量物镜3会聚到测量探针I后端的反射镜上并被反射，然后再次穿过测量物镜3、分光镜28 ;另一部分光线则通过补偿板29、参考物镜30投射到反射镜31上并被反射回来，再次通过参考物镜30、补偿板29，投射到分光镜28后端面上并被反射，并与从测量光路反射的光发生干涉，由此产生干涉条纹。干涉条纹经放大镜27放大后，在CCD成像单元9上得以成像显示。此外，还可以将粗驱电机12、精驱电机14、移动量检测单元15和CXD成像单元9分别通过如图I中所示的线路与计算机测控单元20相连，计算机测控单元20用于控制垂直扫描工作台7以及滑块8的上下移动，记录和显示移动量检测单元的位移检测量并对CCD成像单元9所形成的干涉条纹予以显示输出，以及结合移动量检测单元15的位移检测量和后置评定处理计算出对应的被测对象21的高度变化量等。由此，可实现对整个高度比较检测过程的自动化操作，并便于根据干涉条纹来直接计算输出有关被测物的高度比较差，提高工作效率。在一个优选实施例中，第一驱动机构可以包括粗驱电机12和粗驱丝杆13，其中粗驱电机12设置在立柱11的顶端，并通过粗驱丝杆13与垂直扫描工作台7相连，由此当电机启动时能够驱动垂直扫描工作台7沿着垂直方向在立柱11表面执行上下移动。第二驱动机构可以包括精驱电机14、精驱丝杆16以及左右对称分布的滚动导轨副10、18，其中精驱电机14设置在垂直扫描工作台7的顶端，并通过精驱丝杆16与滑块8相连，这样当电机启动时，能够驱动滑块8沿着左滚动导轨副10和右滚动导轨副18在垂直扫描工作台7表面执行上下移动。相应地，带动固定安装在滑块8上的一系列元件如干涉显微镜5、CXD成像单元9、测量物镜3和测量探针I也随之运动。在另外一个优选实施例中，可以将移动量检测单元15选择为微型激光干涉测长仪，相应在滑块8的顶端设置有反射镜17。这样，滑块8在垂直方向上相对于垂直扫描工作台7的上下移动量可以以高精度量程瞬时获得。此夕卜，还可以基于装置紧凑化和检测精度方面的考虑，将测量探针I后端的平面反射镜到枢轴2的枢轴中心的水平距离、与测量探针前端的探针针尖到枢轴2的枢轴中心的水平距离进行限定，例如将前者设定为后者的1/2，这样依靠测量探针I的自重使针尖以较小的测量力压在被测物表面上，避免被测物表面变形产生测量误差，由此进一步提高被测物高度变化量的检测精度。在一个具体实施例中，测量探针I后端的平面反射镜到枢轴中心的水平距离例如为60mm，其前端的探针针尖到枢轴中心的水平距离例如为120mm。按照本发明的白光干涉定位比较仪的测量原理为干涉显微镜5内部光源所发出的白光经过分光后，一部分经过测量物镜3会聚到探针I尾部的反射镜上并被反射，进入干涉显微镜体5内部；另一部分通过干涉显微镜5内部的参考物镜30投射到反射镜31上并被反射回干涉显微镜5内部，与由探针I尾部的反射镜反射的白光汇聚，从而形成干涉条纹。干涉条纹经干涉显微镜5内部放大镜放大后，在CCD成像单元9成像平面上成像。由于测量标准件和被测对象21的高度存在微小的高度差，使得探针I的针尖放置在不同的被测高度上，引起探针I后端的反射镜沿着测量物镜3光轴轴线方向的移动，由此改变测量光路的光程，并相应导致白光干涉条纹产生移动。这样，对被测对象21所引起的干涉条纹相对测量标准件所引起的白光干涉条纹在CCD成像单元9成像平面上的相对移动量进行计量，即可获得被测对象21相对测量标准件高度的微小变化量，并相应可计算出被测对象的绝对高度。经过较多的实验测试表明，按照本发明的比较仪分辨率可达5纳米，高度差可达5微米。若高度差过大，超过5微米，甚至达到几毫米，即被测对象21所引起的白光干涉条 纹超出了 CCD成像单元9的成像面时，则需要启动精驱电机14，驱动垂直扫描工作台滑块8上下移动，使得干涉条纹重新出现在CXD成像单元9的成像面上，并通过移动量检测单元15记录此位移大�。缓蠼梦灰拼笮∮胪ü鼵CD成像单元9记录的白光干涉条纹所获得的相对位移相累加来获得被测对象21相对测量标准件高度的较大变化量。按照本发明的比较仪可用于测量各种线性尺寸，例如高度、厚度或长度等。作为举例，下面将具体描述利用按照本发明的比较仪来执行高度测量的方法，然而高度测量仅是其中一种常规用途，按照本发明相同的检测原理并譬如通过改变被测对象在水平工作台上的放置方式，即可完成厚度、长度等线性尺寸的测量。首先，在执行高度检测之前，先利用粗驱电机驱动垂直扫描工作台，使得测量探针处于适当的位置，并以一块测量标准件即已知精确高度的标准件作为测量基准将其置于测量探针之下使其与标准件上表面相接触；然后通过启动精驱电机使得测量探针所形成白光干涉条纹的零级条纹基本处于CCD成像单元的中央成像面位置，记录该基准干涉图像，并移走测量标准件；接着，将被测对象放置在水平工作台上，使得测量探针的探针针尖保持与被测对象表面相接触，此时可能会发生两种情况一种是白光干涉条纹的零级条纹仍然出现在CCD成像装置成像面上，只是相对位置发生了变化，这种情况下可通过计算机测控单元记录新零级条纹的精确位置；另一种情况下，白光干涉条纹的零级条纹未出现在CCD成像单元的成像面上，此时需要利用精驱电机驱动垂直扫描工作台滑块，使得该零级条纹重新出现在CCD成像装置成像面上，然后通过计算机测控单元记录新零级条纹的精确位置，并通过微型激光干涉测长仪记录该过程中垂直扫描工作台滑块的移动量；最后，将新零级条纹与原零级条纹的位置进行对比计算，并在需要时结合微型激光干涉测长仪记录的垂直扫描工作台滑块的移动量，即可获得被测对象相对测量标准件的高度变化量；根据该高度变化量相应计算被测对象的绝对高度值，从而完成整体的高度测量过程。
此外，若测量前直接将测量探针针尖接触测量水平工作台台面，并按上述有测量标准件的情况进行测量前的调试，即可实现被测物高度的绝对测量。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于白光干涉定位原理的比较仪，该比较仪包括测量探针(I)、测量物镜(3)、干涉显微镜(5)、垂直扫描工作台(7)、滑块(8)、CXD成像单元(9)、立柱(11)、移动量检测单元(15)和水平工作台(19)，其特征在于 所述垂直扫描工作台(7 )设置在与水平工作台(19 )竖直相连的所述立柱(11)上，并由第一驱动机构予以上下驱动； 所述干涉显微镜(5 )和C⑶成像单元(9 )通过连接套筒(6 )相连，并一同固定于所述滑块(8)，其中滑块(8)设置在垂直扫描工作台(7)上并由第二驱动机构予以上下驱动，干涉显微镜(5)处于连接套筒(6)的下部用于形成光的干涉条纹，CXD成像单元(9)处于连接套筒(6)的上部用于对所产生的干涉条纹执行成像显示； 所述移动量检测单元(15)设置在垂直扫描工作台(7)上，用于对滑块(8)在垂直方向上相对于垂直扫描工作台(7)的移动量予以检测输出； 所述测量探针(I)可绕枢轴转动地设置在与所述干涉显微镜(5)竖直相连的支撑杆(4)上，其前端具有用于与被测对象表面相接触的探针针尖，后端具有平面反射镜； 所述测量物镜(3)固定安装在所述干涉显微镜(5)的下部并处于所述测量探针(I)后端的平面反射镜上方，用于对来自干涉显微镜(3)的光或由所述平面反射镜反射的光进行汇聚； 所述水平工作台(19 )设置在所述测量探针(I)下方，用于放置被测对象(21)。
2.如权利要求I所述的比较仪，其特征在于，所述第一驱动机构包括设置在立柱(11)顶端的粗驱电机(12)及与其相连的粗驱丝杆(13)，所述垂直扫描工作台(7)在粗驱电机和粗驱丝杆的驱动下，沿着垂直方向在立柱(11)表面执行上下移动；所述第二驱动机构包括设置在垂直扫描工作台(7)顶端的精驱电机(14)、与精驱电机相连的精驱丝杆(16)，以及左右对称分布的滚动导轨副(10，18)，所述滑块(8)在精驱电机和精驱丝杆的驱动下，沿着滚动导轨副在垂直扫描工作台(7)表面执行上下驱动。
3.如权利要求I或2所述的比较仪，其特征在于，所述比较仪还包括计算机测控单元(20)，该计算机测控单元(20)分别与所述第一和第二驱动机构的电机、移动量检测单元(15)和CXD成像单元(9)相连，并用于控制各个电机的驱动操作、记录和显示滑块(8)相对于垂直扫描工作台(7)的移动量、对CCD成像单元(9)所形成的干涉条纹予以显示输出和后置处理，以及用于结合移动量检测单元(15)的检测结果来相应计算出被测对象的高度变化量。
4.如权利要求1-3任意一项所述的比较仪，其特征在于，所述移动量检测单元(15)为微型激光干涉测长仪，相应在所述滑块(8)处设置有反射镜(17)。
5.如权利要求1-4任意一项所述的比较仪，其特征在于，所述测量探针(I)后端的平面反射镜到枢轴中心的水平距离例如为60mm，其前端的探针针尖到枢轴中心的水平距离例如为 120mm。
6.如权利要求1-5任意一项所述的比较仪，其特征在于，所述干涉显微镜(5)包括光源(22),分光镜(28)、参考物镜(30)和反射镜(31)，其中光源(22)用于产生和发射白光，分光镜(28)用于将光源(22)所发出的白光分成两束即射向所述测量物镜(3)的光束和射向参考物镜(30)的光束,所述参考物镜(30)用于对经过分光镜(28)分光后射来的光束进行汇聚，所述反射镜(31)用于将经过参考物镜(30)会聚后的光束执行反射，从而与射向测量物镜(3)并由所述测量探针后端的平面反射镜所反射返回的光束相汇聚由此产生干涉条纹。
7.一种利用如权利要求1-6任意一项所述的比较仪执行高度测量的方法，该方法包括 (a)在执行高度检测之前，先以一块测量标准件即已知精确高度的标准件作为测量基准，通过启动第一驱动机构使得测量探针与该标准件的上表面相接触，然后通过启动第二驱动机构，使得测量探针所形成白光干涉条纹的零级条纹基本处于CCD成像单元的中央成像面位置，记录该基准干涉图像并移走测量标准件； (b)将被测对象放置在水平工作台上，使得测量探针的探针针尖保持与被测对象表面相接触当CCD成像单元的成像面上呈现新的白光干涉条纹时，记录该新的干涉图像；当C⑶成像单元的成像面上未呈现白光干涉条纹时，通过启动第二驱动机构使得成像面上重新出现白光干涉条纹，并记录该新的干涉图像以及滑块在此过程中的垂直移动量； (c)对所述新的干涉图像与基准干涉图像两者中零级条纹之间的相对距离进行计量并结合滑块的垂直移动量，由此获得被测对象相对于测量基准的高度变化量，根据该高度变化量相应计算被测对象的绝对高度值，从而完成整体的高度测量过程。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在执行高度检测之前，直接将测量探针针尖接触水平工作台台面并记录此时的基准干涉图像，然后按照所述步骤(b)和(C)来相应执行测量过程，由此直接获得被测对象的绝对高度值。
全文摘要
本发明公开了一种基于白光干涉定位原理的比较仪及其测量方法，该比较仪包括测量探针、测量物镜、干涉显微镜、垂直扫描工作台、滑块、CCD成像单元、立柱、移动量检测单元以及水平工作台，其中垂直扫描工作台设置在立柱上，并由粗驱机构上下驱动；干涉显微镜和CCD成像单元固定在设置于垂直扫描工作台的滑块上，并由精驱机构上下驱动；移动量检测单元对滑块的移动量进行检测输出；测量探针可绕枢轴转动地设置在与干涉显微镜镜体竖直相连的支撑杆上，用于对被测对象相接触；测量物镜用于对光进行汇聚并形成干涉条纹。通过本发明，能够充分利用白光干涉定位的高精度特性来获得高度测量结果，同时具备结构简单、便于操作，以及测量精度高和成本低等特点。
文档编号G01B11/02GK102878933SQ201210328100
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者卢文龙, 王生怀, 谢铁邦, 陈育荣, 常素萍, 刘晓军 申请人:华中科技大学
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