定義

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的迅速發(fā)展，促進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)程度和產(chǎn)品質(zhì)量提高，對計(jì)量檢測手段提出了更高的要求。對轎車車身、模具及零件表面形狀等外觀輪廓的檢測要求具有實(shí)時(shí)、快速、柔性、非接觸等特點(diǎn)，視覺檢測技術(shù)的發(fā)展適應(yīng)了這一需求。視覺檢測是根據(jù)機(jī)器視覺(又稱為計(jì)算機(jī)視覺)比人類視覺易于給出物體的定量指標(biāo)這一特征，將其應(yīng)用于空間幾何尺寸的精確檢測和定位的技術(shù)。基于三角法的線結(jié)構(gòu)光技術(shù)具有模型簡單，不產(chǎn)生光條混淆，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)帶上零件的檢測，被測物體表面特定輪廓的測量等。使用線結(jié)構(gòu)光法，在被測區(qū)域投射一高對比度的光條，使用面陣CCD攝像機(jī)接收散射光，從而獲得表面被照明區(qū)域的截面形狀或輪廓。因此，我們將用線結(jié)構(gòu)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)的傳感器稱為輪廓傳感器。

　　納米級(jí)表面輪廓傳感器

　　在半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域試制和生產(chǎn)基片或元器件的過程中，需要檢測與控制它們的膜厚、表面輪廓和表面質(zhì)量。利用表面輪廓測量儀，進(jìn)行接觸式測量是一種行之有效的方法。在大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用的今天，研究開發(fā)高分辨力的表面輪廓傳感器具有現(xiàn)實(shí)意義。

　　為了分辨出納米級(jí)的微小位移和凹凸不平的表面輪廓，對傳感器的靈敏度與重復(fù)性、測量電路的抗干擾能力以及測量力和觸針曲率半徑等均提出很高的要求。

　　傳感器的工作原理。傳感器鐵心位于線圈中間位置時(shí)，由線圈與激磁振蕩器輸出變壓器副邊組成的測量電橋其輸出電壓為零。當(dāng)觸針在試件表面上掃描時(shí)，若表面上凸，觸針帶動(dòng)鐵芯上移，上線圈電感量增加，下線圈電感量減小，電橋失去平衡，輸出與觸針位移成正比的信號(hào)電壓;若表面下凹，則輸出信號(hào)反相。該信號(hào)電壓經(jīng)前置放大后，通過同步積分器進(jìn)行濾波，再經(jīng)解調(diào)器將信號(hào)解調(diào)出來，獲得電壓幅值與觸針位移成正比、極性與移動(dòng)方向相對應(yīng)的直流電壓，再經(jīng)直流放大后輸至記錄儀進(jìn)行記錄。

　　測量中的應(yīng)用

　　目前在生產(chǎn)和科學(xué)研究中，對于各種工程表面輪廓大多采用金剛石觸針測量。這種測量方法可靠性強(qiáng)，環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉。但也存在以下缺點(diǎn)：會(huì)劃傷工件表面，觸針不可避免會(huì)磨損，影響測量結(jié)果。軟金屬精密表面、含信息的表面以及某些不允許刻劃的表面等一般不宜采用觸針輪廓儀進(jìn)行測量。

　　為克服接觸式測量的缺點(diǎn)，采用非接觸測量方式的光針掃描輪廓儀得到了迅速發(fā)展。對于工程表面形貌的測量，聚焦式光針掃描輪廓儀是較理想的測量儀器，目前已在工業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。然而這種輪廓儀由于受材料光學(xué)性能、工件安裝、傾斜程度及環(huán)境因素的影響較大，使用也受到限制。

　　由此可見，在生產(chǎn)中最好同時(shí)具備上述2種儀器，以滿足對工程表面測量的需要。目前金剛石觸針輪廓儀技術(shù)成熟，價(jià)格適中，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛;光針掃描輪廓儀已有產(chǎn)品面市，但價(jià)格不菲，性能尚待完善，是表面測量領(lǐng)域重點(diǎn)研究開發(fā)的對象。因此，研究開發(fā)量程較大、價(jià)格較低，同時(shí)具有接觸式與非接觸式兩種測量方式的傳感器或儀器具有重要意義。