光学精密工程2024,Vol.32Issue(13) :2040-2051.DOI:10.37188/OPE.20243213.2040

非同轴并行彩色共聚焦测量系统表面倾斜角度误差分析及校正

Error analysis and correction of surface inclination angle of non-coaxial parallel chromatic confocal measurement system

李姝姝 余卿 张耀祖 张伟 王寅 刘婷 郑伟峰 李丽娜
光学精密工程2024,Vol.32Issue(13) :2040-2051.DOI:10.37188/OPE.20243213.2040

非同轴并行彩色共聚焦测量系统表面倾斜角度误差分析及校正

Error analysis and correction of surface inclination angle of non-coaxial parallel chromatic confocal measurement system

李姝姝 1余卿 2张耀祖 1张伟 1王寅 1刘婷 1郑伟峰 3李丽娜1
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作者信息

  • 1. 华侨大学机电及自动化学院,福建厦门 361021
  • 2. 华侨大学机电及自动化学院,福建厦门 361021;福建省移动机械绿色智能驱动与传动重点实验室,福建厦门 361021
  • 3. 厦门市计量检定测试院,福建厦门 361004
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摘要

针对非同轴式并行彩色共聚焦测量系统在被测物表面倾斜时存在的测量误差,提出了一种误差补偿方法.该方法使用两块标准量块搭建的台阶作为被测物进行实验,首先使样品横向运动,对采集的表面高度数据进行直线拟合获得倾斜表面的线性公式,再利用获得倾斜表面直线的斜率与倾斜角度之间的关系,得到表面倾斜角度,并通过三角函数关系计算出每个数据点的误差,最终通过补偿的方式消除因表面倾斜产生的数据误差.为了保证彩色相机能够捕获到反射回的光谱信号,不断调试被测物倾斜角度,设置被测物表面倾斜角度在[-4°,4°],在该范围内进行被测物表面在不同倾斜角度时的误差补偿实验,以倾斜角度为4°为例,补偿后的台阶高度测量平均值为101.92μm,相对误差为3.00%,系统的测量精度可达微米级.

Abstract

This paper presents a method to compensate for measurement errors in a non-coaxial parallel chromatic confocal system caused by the inclination angle of the surface being measured. The approach in-volves constructing steps using two standard measuring blocks as test objects. First,the sample is moved laterally,and the collected surface height data is fitted to a straight line to derive the linear formula for the tilted surface. The slope of this line is then used to determine the surface tilt angle,and a trigonometric re-lationship calculates the error value for each data point. Finally,these errors are corrected through compen-sation. To ensure adequate spectral signal capture by the color camera,the object's tilt angle is maintained within[-4°,4°]. Experiments are conducted within this range at various tilt angles,with an example at 4° showing an average measured step height of 101.92 μm after compensation,resulting in a relative error of 3.00%. The system's measurement accuracy achieves micrometer-level precision.

关键词

光学测量/彩色共焦测量/倾斜角度/高度测量/误差补偿

Key words

optical measurement/chromatic confocal measurement/tilt angle/height measurement/error compensation

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基金项目

国家自然科学基金(52075190)

国家自然科学基金(52211530491)

福建省科技计划(2023I0017)

国家市场监督管理总局科技项目(2023MK136)

出版年

2024
光学精密工程
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会

光学精密工程

CSTPCD北大核心
影响因子:2.059
ISSN:1004-924X
参考文献量12
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