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(dòng)變焦三維表面測量儀采用新型的自動(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(diǎn)，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(dòng)變焦技術(shù)的原理、測量特點(diǎn)、相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行介紹。
1.全自動(dòng)變焦測量技術(shù)的原理
全自動(dòng)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(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(dòng)變焦測量技術(shù)原理圖
2.全自動(dòng)變焦測量技術(shù)的特點(diǎn)
（1） 能夠同時(shí)測量形貌和粗糙度
Alicona自動(dòng)變焦三維表面測量儀能夠在選定的測量區(qū)域手動(dòng)測量半徑、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(zhǔn)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(dòng)變焦測量技術(shù)對斜面超過80°的工件仍能快速而準(zhǔn)確的測量。圖2所示是使用全自動(dòng)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(shí)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(dòng)變焦三維表面測量儀可以測量整個(gè)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(zhǔn)。
（4） 工具和刀具刃口測量
Alicona公司全自動(dòng)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(jì)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(jì)圖進(jìn)行比對，進(jìn)行偏差分析，的完成逆向工程。輪廓測量能夠從任何一個(gè)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(dòng)變焦三維表面測量儀通過皂膜模型來計(jì)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(jìn)行可視化和形狀測量。
3.全自動(dòng)變焦測量技術(shù)的應(yīng)用
憑借全自動(dòng)變焦測量技術(shù)出眾的測量特點(diǎn)，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(shí)、大眾汽車、阿奇夏米爾等等。
4.全自動(dòng)變焦測量技術(shù)的儀器
Alicona公司全自動(dòng)變焦測量技術(shù)的儀器主要有：IFM全自動(dòng)變焦三維表面測量儀、EdgeMaster全自動(dòng)刀具測量儀。全自動(dòng)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(dòng)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(dòng)變焦三維表面測量儀、適合于在線監(jiān)測的全自動(dòng)變焦三維表面測量儀等等。
（a）
（b）
圖5 全自動(dòng)變焦測量技術(shù)的儀器
（a）全自動(dòng)變焦三維表面測量儀，（b）全自動(dòng)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(dòng)變焦測量技術(shù)則為材料表面三維形貌測量提供先進(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(jìn)的測量技術(shù)和解決方案。
