本发明属于厚度精密测量，尤其涉及非接触测厚仪及其测厚方法。
背景技术：
1、工件的厚度是生产加工的重要参数，厚度的测量准确性直接影响工件的装配特性及超精密配制件的加工参数。传统的厚度测量方式分为接触测量和非接触测量。
2、接触测量常采用三坐标测量机、探针式测高仪或专用表架上的数显千分表等设备。其中，三坐标测量机和探针式测高仪在测量厚度时，其探针或探头会触碰工件表面，并在达到一定的测量力后完成测量，因此，其在测量软材料或有镀层的产品时，会对工件表面产生压痕，使得工件的表观质量受影响，从而产生测量损伤；且三坐标测量机等设备并非专用的测厚仪器，其功能复杂，设计冗余多，其虽能够兼顾一定的厚度测量，但是精度难以达到亚微米级；另外，数显千分表配合专用表架测量厚度时，由于其属于手工测量，其受人工因素影响较大，且受千分表精度影响，总体精度只能达到微米级。
3、非接触测量常采用非接触三坐标测量机或影像仪等设备。其中，非接触三坐标测量机受三坐标测量机结构影响，其精度只能达到微米级；另外，影像仪主要在二维方向上进行测量，一些影像仪在z向加装位移传感器，但这些影像仪受z轴精度限制，其精度也只能达到微米级。
技术实现思路
1、本发明为克服现有技术缺陷，提供了一种非接触测厚仪及其测厚方法，能够提高测厚精度。
2、本发明目的通过下述技术方案来实现：
3、第一方面，提供了一种非接触测厚仪，其包括：
4、减震底座，减震底座的上端设置有龙门式支撑架；
5、二维水平运动台，二维水平运动台的下端固定连接在减震底座上，二维水平运动台用于调整待测工件的水平位置，二维水平运动台的定位精度为±0.5um，二维水平运动台的运动平面重复性为0.3um；
6、竖向运动轴，竖向运动轴固定连接在龙门式支撑架上，竖向运动轴的定位精度为±0.2um；
7、光谱共焦传感器单元，光谱共焦传感器单元固定连接在竖向运动轴的输出端；
8、视觉检测引导单元，视觉检测引导单元固定连接在竖向运动轴的输出端；
9、控制单元，控制单元电连接有二维水平运动台、竖向运动轴、光谱共焦传感器单元、视觉检测引导单元和数据处理终端。
10、在一个实施方式中，减震底座包括底座，底座的下端设置有减震气垫，减震气垫的下端固定连接有地脚螺栓；
11、减震底座包括用于给减震气垫供气的供气管路，供气管路上设置有调压阀。
12、采用上述技术方案的有益效果为：底座可通过减震气垫放置在地面上，而地脚螺栓则可以将减震气垫与地面固定。
13、在一个实施方式中，二维水平运动台包括与控制单元电连接的纵向气浮导轨、第一直线电机、横向气浮导轨和第二直线电机，纵向气浮导轨包括第一导轨和第一溜板，横向气浮导轨包括第二导轨和第二溜板；第一导轨固定连接在减震底座上，第一直线电机的定子和动子分别固定连接在第一导轨和第一溜板上；第二导轨固定连接在第一溜板上，第二直线电机的定子和动子分别固定连接在第二导轨和第二溜板上，第二溜板上固定连接有用于放置待测工件的载物板。
14、采用上述技术方案的有益效果为：第一直线电机可驱使第一溜板在第一导轨上沿纵向滑动，第二直线电机可驱使第二溜板在第二导轨上沿横向滑动，且由于第二导轨固定连接在第一溜板上，用于放置待测工件的载物板固定连接在第二溜板上，所以控制单元可通过第一直线电机和第二直线电机来调整待测工件的水平位置；另外，纵向气浮导轨和横向气浮导轨均为气浮导轨，能够提高待测工件水平位置的调整精度，为提高厚度测量精度打下基础。
15、在一个实施方式中，第一导轨上沿纵向设置有第一光栅尺，第一溜板上固定连接有用于对第一光栅尺进行读数的第一读数头，第二导轨上沿横向设置有第二光栅尺，第二溜板上固定连接有用于对第二光栅尺进行读数的第二读数头，第一光栅尺、第一读数头、第二光栅尺和第二读数头均与控制单元电连接。
16、采用上述技术方案的有益效果为：第一光栅尺、第一读数头、第二光栅尺和第二读数头均为位置反馈元件，配合控制单元所控制的第一直线电机和第二直线电机实现闭环控制，即第一直线电机和第二直线电机的动子运动时，会分别同步带动第一读数头和第二读数头运动，第一读数头和第二读数头分别对第一光栅尺和第二光栅尺进行读数并将其反馈给控制单元，控制单元根据实时读数来分别实时判断第一直线电机和第二直线电机是否到位，并有利于依此分别生成第一直线电机和第二直线电机的下一步运行参数，如此循环，以完成闭环控制。
17、在一个实施方式中，第一导轨的两端均设置有用于对第一溜板进行纵向限位的第一限位块和第一限位开关，第二导轨的两端均设置有用于对第二溜板进行横向限位的第二限位块和第二限位开关，第一限位开关和第二限位开关均与控制单元电连接。
18、采用上述技术方案的有益效果为：第一限位开关和第二限位开关分别检测到第一溜板和第二溜板时，均可反馈信号给控制单元，以分别使第一直线电机和第二直线电机停止运行，从而避免第一溜板和第二溜板运动超限；同时，第一限位块和第二限位块可分别对第一溜板和第二溜板进行强制限位。
19、在一个实施方式中，竖向运动轴包括与控制单元电连接的竖向气浮导轨和第三直线电机，竖向气浮导轨包括第三导轨和第三溜板，第三导轨固定连接在龙门式支撑架上，第三直线电机的定子和动子分别固定连接在第三导轨和第三溜板上，第三溜板上固定连接光谱共焦传感器单元和视觉检测引导单元。
20、采用上述技术方案的有益效果为：第三直线电机可驱使第三溜板在第三导轨上沿竖向滑动，且由于光谱共焦传感器单元和视觉检测引导单元均固定连接在第三溜板上，所以控制单元可通过第三电机来调整光谱共焦传感器单元和视觉检测引导单元的竖向位置；另外，竖向气浮导轨为气浮导轨，能够提高光谱共焦传感器单元和视觉检测引导单元的竖向位置的调整精度，从而有利于提高厚度测量精度。
21、在一个实施方式中，第三导轨上沿竖向设置有第三光栅尺，第三溜板上固定连接有用于对第三光栅尺进行读数的第三读数头，第三导轨上设置有用于对第三溜板进行竖向限位的第三限位块和第三限位开关，第三读数头和第三限位开关均与控制单元电连接。
22、采用上述技术方案的有益效果为：第三光栅尺和第三读数头均为位置反馈元件，配合控制单元所控制的第三直线电机实现闭环控制，即第三直线电机的动子运动时，会同步带动第三读数头运动，第三读数头对第三光栅尺进行读数并将其反馈给控制单元，控制单元根据实时读数来实时判断第三直线电机是否到位，并有利于依此生成第三直线电机的下一步运行参数，如此循环，以完成闭环控制。
23、在一个实施方式中，竖向运动轴包括平衡气缸，平衡气缸连通有与控制单元电连接的气缸调节阀，平衡气缸的输出端与第三溜板固定连接，平衡气缸用于平衡第三溜板所受的重力。
24、采用上述技术方案的有益效果为：第三溜板会受到恒定向下的重力，控制单元通过气缸调节阀调节平衡气缸内的压力，从而调节平衡气缸提供给第三溜板的支撑力，以使该支撑力与第三溜板所受的重力相同，进而实现第三溜板上重力的平衡，以降低第三溜板上重力对第三直线电机驱动的影响，从而提高视觉检测引导单元和光谱共焦传感器单元的移动精度，进而有利于提高厚度测量精度。
25、在一个实施方式中，视觉检测引导单元包括沿竖直向下方向依次连接的工业相机、定焦镜头和同轴光源，工业相机、定焦镜头和同轴光源均与控制单元电连接；光谱共焦传感器单元包括与控制单元电连接的白光共焦传感器探头，白光共焦传感器探头竖直朝下设置。
26、采用上述技术方案的有益效果为：定焦镜头和同轴光源可分别调节距离和亮度，以有利于工业相机采集待测工件的图像；另外，白光共焦传感器可在待测工件到达测量位置时出现信号，以有利于通过数据处理终端来完成信号的采集、分析和计算，从而实现厚度测量。
27、第二方面，提供了一种非接触测厚仪的测厚方法，其包括以下步骤：
28、将一级标准平面平晶放置在二维水平运动台上，以将一级标准平面平晶作为测量基准，再将待测工件放置在一级标准平面平晶上；
29、二维水平运动台将待测工件置于视觉检测引导单元的视野中，视觉检测引导单元获取图像，并在数据处理终端中设置对焦模块参数，数据处理终端自动计算并通过竖向运动轴移动视觉检测引导单元和光谱共焦传感器单元，以实现视觉检测引导单元对待测工件的粗对焦并建立坐标系；
30、根据坐标系在视觉检测引导单元获取的图像中选择测量区域，建立测量基准面并得到若干测量点；
31、根据测量点所处的待测面，竖向运动轴移动光谱共焦传感器单元，直至光谱共焦传感器单元出现读数，采集到测量点的坐标数据；
32、根据测量基准面和若干测量点的坐标数据，计算出待测工件的厚度。
33、本发明的有益效果在于：
34、二维水平运动台和竖向运动轴的定位精度均为亚微米级，使得待测工件、视觉检测引导单元和光谱共焦传感器单元的移动精度均提高，从而有利于提高厚度测量精度；且光谱共焦传感器单元是基于白光共焦的光学探头来进行非接触测量，这有利于避免划伤工件表面；另外，测厚时以多个测量点的坐标数据来计算待测工件的厚度，这有利于进一步提高厚度测量精度。
1.一种非接触测厚仪，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的非接触测厚仪，其特征在于，所述减震底座(6)包括底座，所述底座的下端设置有减震气垫，所述减震气垫的下端固定连接有地脚螺栓；
3.根据权利要求1所述的非接触测厚仪，其特征在于，所述二维水平运动台(1)包括与所述控制单元电连接的纵向气浮导轨、第一直线电机(102)、横向气浮导轨和第二直线电机(109)，所述纵向气浮导轨包括第一导轨(101)和第一溜板(106)，所述横向气浮导轨包括第二导轨(108)和第二溜板(110)；所述第一导轨(101)固定连接在所述减震底座(6)上，所述第一直线电机(102)的定子和动子分别固定连接在所述第一导轨(101)和所述第一溜板(106)上；所述第二导轨(108)固定连接在所述第一溜板(106)上，所述第二直线电机(109)的定子和动子分别固定连接在所述第二导轨(108)和所述第二溜板(110)上，所述第二溜板(110)上固定连接有用于放置待测工件的载物板(111)。
4.根据权利要求3所述的非接触测厚仪，其特征在于，所述第一导轨(101)上沿纵向设置有第一光栅尺(105)，所述第一溜板(106)上固定连接有用于对所述第一光栅尺(105)进行读数的第一读数头(104)，所述第二导轨(108)上沿横向设置有第二光栅尺，所述第二溜板(110)上固定连接有用于对所述第二光栅尺进行读数的第二读数头，所述第一光栅尺(105)、第一读数头(104)、第二光栅尺和所述第二读数头均与所述控制单元电连接。
5.根据权利要求3所述的非接触测厚仪，其特征在于，所述第一导轨(101)的两端均设置有用于对所述第一溜板(106)进行纵向限位的第一限位块(103)和第一限位开关(107)，所述第二导轨(108)的两端均设置有用于对所述第二溜板(110)进行横向限位的第二限位块(112)和第二限位开关，所述第一限位开关(107)和所述第二限位开关均与所述控制单元电连接。
6.根据权利要求1所述的非接触测厚仪，其特征在于，所述竖向运动轴(3)包括与所述控制单元电连接的竖向气浮导轨和第三直线电机(306)，所述竖向气浮导轨包括第三导轨(304)和第三溜板(303)，所述第三导轨(304)固定连接在所述龙门式支撑架(5)上，所述第三直线电机(306)的定子和动子分别固定连接在所述第三导轨(304)和所述第三溜板(303)上，所述第三溜板(303)上固定连接所述光谱共焦传感器单元(2)和所述视觉检测引导单元(4)。
7.根据权利要求6所述的非接触测厚仪，其特征在于，所述第三导轨(304)上沿竖向设置有第三光栅尺(302)，所述第三溜板(303)上固定连接有用于对所述第三光栅尺(302)进行读数的第三读数头(301)，所述第三导轨(304)上设置有用于对所述第三溜板(303)进行竖向限位的第三限位块(305)和第三限位开关(309)，所述第三读数头(301)和所述第三限位开关(309)均与所述控制单元电连接。
8.根据权利要求6所述的非接触测厚仪，其特征在于，所述竖向运动轴(3)包括平衡气缸(308)，所述平衡气缸(308)连通有与所述控制单元电连接的气缸调节阀(310)，所述平衡气缸(308)的输出端与所述第三溜板(303)固定连接，所述平衡气缸(308)用于平衡所述第三溜板(303)所受的重力。
9.根据权利要求1所述的非接触测厚仪，其特征在于，所述视觉检测引导单元(4)包括沿竖直向下方向依次连接的工业相机(401)、定焦镜头(402)和同轴光源(403)，所述工业相机(401)、所述定焦镜头(402)和所述同轴光源(403)均与所述控制单元电连接；所述光谱共焦传感器单元(2)包括与所述控制单元电连接的白光共焦传感器探头(201)，所述白光共焦传感器探头(201)竖直朝下设置。
10.一种权利要求1-9任一项所述的非接触测厚仪的测厚方法，其特征在于，包括以下步骤：
