隨著科學技術和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，表面科學及表面檢測越來越多的被人們關注和重視。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，是一款非接觸式光學表面測量儀。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)構復雜或表面粗糙度較高的樣品。在國外已廣泛應用于刀具模具制造、汽車制造、航天航空、造紙、材料科學、摩擦、電子制造、醫(yī)學、刑偵等領域。本文將對全自動變焦技術的原理、測量特點、相關應用進行介紹。
1.全自動變焦測量技術的原理
全自動變焦測量技術的工作原理是光學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以及先進的圖像運算處理技術，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已被ISO列入的表面三維形貌測量技術。
圖1 全自動變焦測量技術原理圖
2.全自動變焦測量技術的特點
（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域所需要的，如刀具模具制造行業(yè)。應用全自動變焦測量技術對斜面超過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的應用
憑借全自動變焦測量技術出眾的測量特點，在工具模具、航天航空、汽車制造、材料科學、造紙、摩擦、電子制造、醫(yī)學、刑偵等領域，即對材料表面三維形貌極為關注的領域，都有著廣泛的應用。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的儀器
Alicona公司全自動變焦測量技術的儀器主要有：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，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和解決方案。
