1.一种垂直扫描测量白光干涉测头,其特征在于:包括白光显微干涉装置(3)、垂直运动装置(2)、双光栅位移计量装置(1)、图像采集系统(9)、信号处理系统(7)和计算机控制系统(8);
所述白光显微干涉装置(3)包括用于发出光束的照明光路(4)、用于接收光束并产生干涉条纹的显微干涉组件(5)和用于摄像并能够呈现出白光干涉图像的CCD图像拾取组件(6);显微干涉组件(5)包括Mirau干涉显微镜(501),白光干涉图像经图像采集系统(9)采集后,输送至计算机控制系统(8);
所述垂直运动装置(2)包括垂直运动组件(201),其包括外平台和设置在外平台内的能够沿与待测工件(10)表面平行的方向作微运动的内平台,Mirau干涉显微镜(501)与内平台固定连接;垂直运动组件(201)上还设有压电陶瓷(202),压电陶瓷(202)在压电陶瓷微位移器驱动电源的驱动下能够带动内平台作微运动,从而带动Mirau干涉显微镜(501)运动,完成对待测工件(10)表面的垂直扫描测量,压电陶瓷微位移器驱动电源由计算机控制系统(8)控制;所述双光栅位移计量装置(1)与内平台固定连接,双光栅位移计量装置(1)在内平台的驱动下产生周期移动的干涉条纹并传输至信号处理系统(7),信号处理系统(7)进行处理后得到垂直运动组件(201)的内平台的实时位移,并传输至计算机控制系统(8);
计算机控制系统(8)通过处理白光干涉图像和垂直运动组件(201)的内平台的位移,得到待测工件(10)表面的三维形貌。
2.根据权利要求1所述的一种垂直扫描测量白光干涉测头,其特征在于:所述照明光路(4)包括白光光源(401)、光源支架(402)、第一照明光路镜筒(403)、第二照明光路镜筒(404)、照明光路镜筒支架(405)、照明光路支承板(406)、透镜组(407)、孔径光阑(408)、视场光阑(409)、第一反射镜(410)和第一透镜(411);所述白光光源(401)固设在光源支架(402)上,光源支架(402)与第一照明光路镜筒(403)的一端可拆卸固定连接,第一照明光路镜筒(403)的另一端与第二照明光路镜筒(404)的一端可拆卸固定连接,第二照明光路镜筒(404)的另一端固设在照明光路镜筒支架(405)上,照明光路镜筒支架(405)固设在照明光路支承板(406)上,照明光路镜筒支架(405)的侧面开设有通孔A,透镜组(407)安装在第一照明光路镜筒(403)内,孔径光阑(408)和视场光阑(409)从上往下依次安装在第二照明光路镜筒(404)内,第一反射镜(410)设置在照明光路镜筒支架(405)内,第一透镜(411)安装在照明光路镜筒支架(405)内部靠近通孔A的位置,照明光路支承板(406)安装在垂直运动组件(201)一侧。
3.根据权利要求2所述的一种垂直扫描测量白光干涉测头,其特征在于:所述显微干涉组件(5)还包括显微镜支架(502)、第二反射镜(503)和分光镜(504),Mirau干涉显微镜(501)固设在显微镜支架(502)上,显微镜支架(502)与内平台固定连接,在压电陶瓷(202)驱动内平台运动时,显微镜支架(502)跟随内平台同步运动,从而带动Mirau干涉显微镜(501)运动,完成对待测工件(10)表面的垂直扫描测量;所述垂直运动组件(201)上开设有矩形槽,第二反射镜(503)安装在矩形槽内部的上端,分光镜(504)安装在矩形槽内部的下端,第一透镜(411)的光轴经过分光镜(504)的中心点。
4.根据权利要求3所述的一种垂直扫描测量白光干涉测头,其特征在于:所述CCD图像拾取组件(6)包括CCD相机(601)、CCD相机架(602)、第二透镜(603)、第三反射镜(604)、图像拾取光路镜筒(605)、图像拾取光路镜筒支架(606)和图像拾取光路支撑板(607),图像拾取光路镜筒支架(606)的侧面开设有通孔B,CCD相机(601)固设在CCD相机架(602)的一端,CCD相机架(602)的另一端与图像拾取光路镜筒(605)的一端可拆卸固定连接,图像拾取光路镜筒(605)的另一端固设在图像拾取光路镜筒支架(606)上,图像拾取光路镜筒支架(606)固设在图像拾取光路支撑板(607)上,透镜(603)安装在图像拾取光路镜筒(605)内,第三反射镜(604)安装在图像拾取光路镜筒支架(606)内,第三反射镜(604)的反射面与第二反射镜(503)的反射面相对安装,图像拾取光路支撑板(607)安装在垂直运动组件(201)另一侧。
5.根据权利要求4所述的一种垂直扫描测量白光干涉测头,其特征在于:所述双光栅位移计量装置(1)包括激光器(101)、放大镜(102)、放大镜镜筒(103)、静光栅(104)、静光栅支架(105)、静光栅调整板(106)、动光栅(107)、动光栅支架(108)、动光栅运动连接板(109)、反射镜A(110)、反射镜支架A(111)、反射镜B(112)、反射镜支架B(113)、光电接收器(114)和传感器盒(115);动光栅(107)安装在动光栅支架(108)上,动光栅支架(108)固定在动光栅运动连接板(109)下部,动光栅运动连接板(109)下部和垂直运动组件(201)的内平台相连;
静光栅(104)安装在静光栅支架(105)上,静光栅支架(105)安装在静光栅调整板(106)上,静光栅调整板(106)安装在传感器盒(115)的内部;激光器(101)和放大镜镜筒(103)均安装在传感器盒(115)的上部且在相对两侧,放大镜(102)安装在放大镜镜筒(103)内,反射镜A(110)安装在反射镜支架A(111)上,反射镜支架A(111)安装在传感器盒(115)内部、靠近激光器(101)的一侧,反射镜B(112)安装在反射镜支架B(113)上,反射镜支架B(113)安装在传感器盒(115)内部、靠近放大镜(102)的一侧;
在激光器(101)发射的光束经反射镜A(110)反射的状态下,光束依次经过动光栅(107)和静光栅(104)发生衍射后产生干涉条纹,在垂直运动组件的内平台带动动光栅(107)移动时,光电接收器(114)接收到周期移动的干涉条纹,并传输至信号处理系统(7),信号处理系统(7)进行处理后得到垂直运动组件(201)的内平台的实时位移,并传输至计算机控制系统(8)。
6.根据权利要求5所述的一种垂直扫描测量白光干涉测头,其特征在于:所述第一反射镜(410)与水平方向成45°角,第三反射镜(604)与水平方向成45°角;第二反射镜(503)安装在矩形槽内部的上端,且与水平方向成45°角,分光镜(504)安装在矩形槽内部的下端,且与水平方向成45°角;反射镜支架A(111)的正下方与水平方向成45O角,反射镜支架B(113)的正下方与水平方向成45O角。
7.根据权利要求6所述的一种垂直扫描测量白光干涉测头,其特征在于:所述显微镜支架(502)一侧设置有显微镜旋入筒(5021),显微镜旋入筒(5021)设置有内螺纹,Mirau干涉显微镜(501)的一端与显微镜旋入筒(5021)之间螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的一种垂直扫描测量白光干涉测头,其特征在于:所述 CCD相机架(602)下部设有外螺纹,图像拾取光路镜筒(605)的上部设有内螺纹,CCD相机架(602)与图像拾取光路镜筒(605)之间通过螺纹连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种垂直扫描测量白光干涉测头,其特征在于:所述垂直运动组件(201)为柔性铰链结构。