光學(xué)測(cè)量作為一種非接觸式測(cè)量方法，在某些方面與接觸式三坐標(biāo)測(cè)量相比具有本質(zhì)上的優(yōu)勢(shì)。它不使用接觸式測(cè)針進(jìn)行采點(diǎn)，而是利用了光的
物理特性來進(jìn)行測(cè)量，這樣就能夠完全避免測(cè)針補(bǔ)償帶來的潛在問題，也使被測(cè)物體表面不再受到測(cè)針接觸帶來的影響。而光學(xué)測(cè)頭的測(cè)量速度通常也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于觸發(fā)式測(cè)頭。首先，光學(xué)測(cè)頭的采點(diǎn)方式都是連續(xù)的，不需要進(jìn)行測(cè)針歸位；而且在采點(diǎn)過程中，光學(xué)測(cè)頭也區(qū)別于觸發(fā)式測(cè)頭：觸發(fā)式測(cè)頭會(huì)因?yàn)榻佑|物體表面時(shí)速度過快而被認(rèn)為發(fā)生了碰撞，而光學(xué)測(cè)頭則完全不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題。
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q9_OGd|P 圖2 紅寶石球與物體表面接觸
光學(xué)測(cè)頭的分類方法有很多，種類更是繁復(fù)。從測(cè)量
原理上通�？梢苑譃楣草S測(cè)量和三角測(cè)量；從
光源維度上可以分為點(diǎn)光源、線光源和面光源；從光源色譜上又可以分為單色光源和白光源。共軸測(cè)量中常見的方法有2種：其一是
干涉法，它利用了光的
波長(zhǎng)特性，將一束光通過平面分光鏡（半透半反）分成兩束，一束由鏡面反射至參考平面，另一束則透射至被測(cè)物體表面，兩束光經(jīng)疊加后產(chǎn)生干涉條紋，干涉條紋的形式取決于物體的距離與物體表面的幾何特征；另一種是共焦法，從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)射的探測(cè)光通過
透鏡聚焦到被測(cè)物體上，如果物體恰在焦點(diǎn)上，那么反射光通過原透鏡應(yīng)當(dāng)匯聚回到光源，即所謂的共焦。在反射光的光路上加上了一塊半反半透鏡，將反射光折向帶有小孔的擋板，小孔位置相當(dāng)于光源。光度計(jì)測(cè)量小孔處的反射光強(qiáng)度，強(qiáng)度最大時(shí)物體即位于透鏡焦點(diǎn)平面，這樣即可測(cè)得物點(diǎn)的位置。三角測(cè)量則利用光源、像點(diǎn)和物點(diǎn)之間的三角關(guān)系來求得物點(diǎn)的距離。以點(diǎn)光源為例：光源向物體發(fā)射一個(gè)光點(diǎn)，光點(diǎn)到達(dá)物體后經(jīng)過反射在
傳感器上得到一個(gè)像點(diǎn)；光源、物點(diǎn)和像點(diǎn)形成了一定的三角關(guān)系，其中光源和傳感器上的像點(diǎn)位置是已知的，由此可以計(jì)算得出物點(diǎn)的位置所在。
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niyV8v 圖3 三角測(cè)量結(jié)果
目前各種光學(xué)測(cè)頭采用的光源種類主要有
激光和白光。激光作為一種準(zhǔn)直、相干的單色光，廣泛地用作測(cè)頭光源。白光則是由各種波長(zhǎng)的光組成的，因此顏色呈白色。激光和白光的最大區(qū)別在于，激光是一種單色光，因此擁有高度相干性，有些測(cè)頭正是利用了激光的相干性來實(shí)現(xiàn)其功能；而白光由各種波長(zhǎng)的光組成，因此相干性相當(dāng)微弱。如前所述，利用單色光的高度相干性可以根據(jù)某些原理進(jìn)行測(cè)量，但事物的兩面性同時(shí)說明，在有些地方相干性也會(huì)干擾測(cè)量。例如，激光測(cè)頭利用物體表面的反射光進(jìn)行三角測(cè)量時(shí)，照射到物體表面的激光會(huì)呈現(xiàn)顆粒狀的
結(jié)構(gòu)，這種顆粒狀的結(jié)構(gòu)稱為“散斑”，而這種現(xiàn)象稱為“散斑效應(yīng)”。散斑效應(yīng)是由于激光照射在粗糙表
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( 面經(jīng)反射造成的。大多數(shù)物體的表面與激光的波長(zhǎng)相比都是粗糙的，因此當(dāng)光波從物體表面反射時(shí)，表面各點(diǎn)都發(fā)出一束高度相干的子波，子波疊加的結(jié)果就形成了物體表面呈隨機(jī)分布的散斑。而白光由于由各種波長(zhǎng)的光組成，因此相干性被大大削弱，所以在物體表面反射時(shí)，很難觀察到散斑效應(yīng)。這樣的區(qū)別對(duì)于三角測(cè)量來說影響是十分巨大的。原因在于，三角測(cè)量依據(jù)像點(diǎn)在傳感器上的位置來確定物點(diǎn)的空間位置；而像點(diǎn)在傳感器上通常不會(huì)是簡(jiǎn)單的一個(gè)像素點(diǎn)，反射光照射到傳感器上使得一部分像素感光，計(jì)算機(jī)可以通過像素分析來確定這一群像素的中心，從而得到像點(diǎn)的位置。由于散斑效應(yīng)的存在，使得要確定像點(diǎn)的位置變得非常困難，且誤差較大；而分布均勻且對(duì)稱的光點(diǎn)會(huì)對(duì)像點(diǎn)位置的確定非常有利。這就是三角測(cè)量當(dāng)中白光性能要優(yōu)于激光的根本原因。
