光譜共焦技術(shù)是在共焦顯微術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來,，其無需軸向掃描,，直接由波長對應(yīng)軸向距離信息，從而大幅提高測量速度,。而基于光譜共焦技術(shù)的傳感器是近年來出現(xiàn)的一種高精度,、非接觸式的新型傳感器，精度理論上可達(dá) nm 量級,。由于光譜共焦傳感器對被測表面狀況要求低,，允許被測表面有更大的傾斜角，測量速度快,，實(shí)時性高,，迅速成為工業(yè)測量的熱門傳感器，大量應(yīng)用于精密定位,、薄膜厚度測量,、微觀輪廓精密測量等領(lǐng)域。本文在論述光譜共焦技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,，列舉了光譜共焦傳感器在幾何量計(jì)量測試中的典型應(yīng)用，探討共焦技術(shù)在未來精密測量的進(jìn)一步應(yīng)用,，展望其發(fā)展前景,。光譜共焦技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對樣品的三維成像和分析。門頭溝區(qū)光譜共焦量大從優(yōu)
光譜共焦傳感器作為一種新型高精密傳感器,，其測 量精密度可達(dá) 土 0.02%,。開始產(chǎn)生在法國的，相較于光柵尺,、容柵 或電感器電臺廣播,、電感器差動變壓器式偏移傳感器，其在偏移測量方面的優(yōu)勢更加明顯?，F(xiàn)如今,，因?yàn)楣庾V共焦傳感器擁有高精密、,，因而,，其在幾何量高精密測量層面的應(yīng)用愈來愈普遍，如漫反射光及平面圖反射面的偏移測量,、平整度測量,、塑料薄膜及透明材料薄厚測量、外表粗糙度測量等,。在偏移測量層面,，自光譜共焦傳感器面世至今，它基本功能就是測量偏移,。馬敬等對光譜共焦傳感器的散射目鏡進(jìn)行分析,，制定了散射目鏡的構(gòu)造,，提升了光譜共焦傳感器的各項(xiàng)特性；畢 超 等 利 用光譜共焦傳感器完成了對飛機(jī)發(fā)動機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉子空隙的高精密,、高效率的測量,。在平整度測量層面，位恒政等對光譜共焦傳感器的檢測誤差進(jìn)行分析,，在其中,，對其平面圖檢測誤差科學(xué)研究時，利用光譜共焦傳感器對圓平晶的平整度開展測量,，獲得了平面圖檢測誤差值,。門頭溝區(qū)光譜共焦量大從優(yōu)光譜共焦位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)對材料的表面形貌進(jìn)行高精度測量，對于研究材料的表面性質(zhì)具有重要意義,。
集成于2D掃描系統(tǒng)上,，光譜共焦位移傳感器可以提供針對負(fù)載表面形貌的2D和高度測量數(shù)據(jù)。創(chuàng)新的光譜共焦原理使本傳感器可以直接透過透明件工件的前后表面測量厚度,，整個過程需要使用一個傳感器從工件的一個側(cè)面測量,。相對于三角反射原理的激光位移傳感器，本儀器因采用同軸光,，從而可以更有效地測量弧工件的厚度,。高采樣頻率，小尺寸體積和卡放的數(shù)據(jù)接口,，使本儀器非常容易集成至在線生產(chǎn)和檢測設(shè)備中,，實(shí)現(xiàn)線上檢測。由于采用超高的采樣頻率和超高精度,光譜共焦傳感器可以對震動物件進(jìn)行測量,傳感器采用的非接觸設(shè)計(jì),，避免測量過程中對震動物件造成干擾,，同時可以對復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的測量和分析。
主要對光譜共焦傳感器的校準(zhǔn)時的誤差進(jìn)行研究,。分別利用激光干涉儀與高精度測長機(jī)對光譜共焦傳感器進(jìn)行測量,，用球面測頭保證光譜共焦傳感器的光路位于測頭中心，以保證光譜共焦傳感器的在測量時的安裝精度,，然后更換平面?zhèn)阮^,，對光譜共焦傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。用 小二乘法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,，得到測量數(shù)據(jù)的非線性誤差,。結(jié)果表明：高精度測長機(jī)校準(zhǔn)時的非線性誤差為0.030%，激光干涉儀校準(zhǔn)時的分析線性誤差為0.038%,。利用 小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及非線性誤差的計(jì)算,，減小校準(zhǔn)時產(chǎn)生的同軸度誤差及光譜共焦傳感器的系統(tǒng)誤差，提高對光譜共焦傳感器的校準(zhǔn)精度。光譜共焦位移傳感器廣泛應(yīng)用于制造領(lǐng)域,，如半導(dǎo)體制造,、精密機(jī)械制造等。
表面粗糙度是指零件在加工過程中由于不同的加工方法,、機(jī)床與刀具的精度,、振動及磨損等因素在工件加工表面上形成的具有較小間距和較小峰谷的微觀水平狀況，是表面質(zhì)量的一個重要衡量指標(biāo),，關(guān)系零件的磨損,、密封、潤滑,、疲勞,、研和等機(jī)械性能。表面粗糙度測量主要可分為接觸式測量和非接觸式測量,。觸針式接觸測量容易劃傷測量表面,、針尖易磨損、測量效率低,、不能測復(fù)雜表面,，而非接觸測量相對而言可以實(shí)現(xiàn)非接觸、高效,、在線實(shí)時測量,，而成為未來粗糙度測量的發(fā)展方向。目前常用的非接觸法主要有干涉法,、散射法,、散斑法,、聚焦法等,。而其中聚焦法較為簡單實(shí)用。采用光譜共焦位移傳感器,，搭建了一套簡易的測量裝置,，對膜式燃?xì)獗淼拈y蓋粗糙度進(jìn)行了非接觸的測量，以此來判斷閥蓋密封性合格與否,，取得了一定的效果,。基于光譜共焦傳感器,，利用其搭建的二維納米測量定位裝置對粗糙度樣塊進(jìn)行表面粗糙度的非接觸測量,，并對測量結(jié)果進(jìn)行不確定評定，得到 U95 為 13.9%,。光譜共焦位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)對材料的變形過程進(jìn)行精確測量,，對于研究材料的變形行為具有重要意義。門頭溝區(qū)光譜共焦量大從優(yōu)
光譜共焦技術(shù)的研究和應(yīng)用將推動中國科技事業(yè)的發(fā)展,。門頭溝區(qū)光譜共焦量大從優(yōu)
光譜共焦傳感器是采用復(fù)色光為光源的傳感器,，其測量精度能夠達(dá)到微米量級,，可用于對漫反射或鏡反射被測物體的測量。此外,，光譜共焦位移傳感器還可以對透明物體進(jìn)行單向厚度測量,，光源和接收光鏡為同軸結(jié)構(gòu)，有效地避免了光路遮擋,，并使傳感器適于測量直徑4.5mm以上的孔及凹槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu),。光譜共焦位移傳感器在測量透明物體的位移時，由于被測物體的上,、下兩個表面都會反射,，而傳感器接收到的位移信號是通過其上表面計(jì)算出來的，從而會引起一定的誤差,。本文基于測量平行平板的位移,，對其進(jìn)行了誤差分析。門頭溝區(qū)光譜共焦量大從優(yōu)