帶你全方位了解光譜共焦位移傳感器

任何一個(gè)行業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展都離不開(kāi)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這也是市場(chǎng)需求量不斷擴大產(chǎn)生的對行業(yè)的促進(jìn)，促使相關(guān)人員對產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，光譜共焦位移傳感器的發(fā)展也是發(fā)生著(zhù)日新月異的變化。

光譜共焦位移傳感器原理：

一束白光（或多波長(cháng)混合光）經(jīng)過(guò)一個(gè)小孔，經(jīng)過(guò)鏡頭將不同的波長(cháng)聚焦到光軸上，色散地形成一條彩虹狀分布帶，照射到樣品上，部分反射光反射回去；照射在光軸與物體表面交點(diǎn)的光經(jīng)過(guò)分光部件，通過(guò)小孔照射到光譜分析儀，根據波長(cháng)計算就可以獲得鏡頭到被測物距離。沒(méi)有照射在光軸與物體表面交點(diǎn)的光經(jīng)過(guò)分光部件，照射在另一個(gè)小孔周?chē)蛔钃酢?/p>

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光譜共焦位移傳感器系統組成：

光譜共焦傳感器的系統中，系統的測量范圍受四個(gè)因素的影響：光源的光譜分布范圍;色散透鏡在工作波段的軸向色差;光譜儀的工作波段;光纖耦合器的工作頻段。所選白光LED光源的光譜分布波長(cháng)范圍為400-800nm。因此，在光譜共焦傳感器的設計過(guò)程中，色散透鏡、光譜儀和光纖耦合器的工作波段應盡可能與光源的波段一致。該系統的測量范圍是其常見(jiàn)的色散物鏡。光譜共焦傳感器的工作波段范圍內的軸向色差。

　　設計色散透鏡時(shí)，除考慮其軸向色差外，光譜共焦傳感器還應該考慮以下因素：首先要增加物側數值孔徑可提高分辨率;其次就是增加像側數值孔徑可以提高光源的利用率;然后減少系統的球差可以提高精度;光譜共焦傳感器的系統結構應該要比較容易組裝和調整。

　　如果要校正球差系統，結構會(huì )變得復雜，所以光譜共焦傳感器的色散透鏡設計的目的是用非常少的透鏡達到更好的效果。光譜共焦傳感器的光學(xué)系統可以看成兩部分，一部分是消色差場(chǎng)鏡，焦點(diǎn)在光源處，點(diǎn)光源準直成平行光，另一部分是色散物鏡，它的作用是將波長(cháng)的平行光聚焦在軸上的不同位置，產(chǎn)生光譜色散，這正是消色差透鏡和非球面透鏡可以做到的。并選擇光源波段范圍內耦合效率高的光纖耦合器和分辨率為0.5nm的光譜儀。

光譜共焦位移傳感器的應用領(lǐng)域：

1、表面粗糙度測量應用 表面粗糙度是指零件在加工過(guò)程中由于不同的加工方法、機床與刀具的精度、振動(dòng)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(guān)水平狀況，是表面質(zhì)量的一個(gè)重要衡量指標，關(guān)系零件的磨損、密封、潤滑、疲勞、研和等機械性能。 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、不能測復雜表面，而非接觸測量相對而言可以實(shí)現非接觸、高效、在線(xiàn)實(shí)時(shí)測量，而成為未來(lái)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(jiǎn)單實(shí)用。 采用光譜共焦位移傳感器，搭建了一套簡(jiǎn)易的測量裝置，對膜式燃氣表的閥蓋粗糙度進(jìn)行了非接觸的測量，以此來(lái)判斷閥蓋密封性合格與否,取得了一定的效果?；诠庾V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，并對測量結果進(jìn)行不確定評定，得到U95為13.9%。

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2、輪廓、幾何尺寸測量應用 隨著(zhù)機械加工水平的發(fā)展，越來(lái)越多的微小復雜工件需要進(jìn)行輪廓測量及精密尺寸測量，如小圓倒角的測量、小工件內壁溝槽尺寸等的測量。一些精密光學(xué)元件也需要進(jìn)行非接觸的輪廓形貌測量，以避免接觸測量時(shí)劃傷光學(xué)表面。這些用傳統傳感器難以解決的測量難題，均可用光譜共焦傳感器搭建測量系統以解決。 滾針對渦輪盤(pán)輪廓度檢測的問(wèn)題，利用光譜共焦式位移傳感器實(shí)現渦輪盤(pán)輪廓度在線(xiàn)檢測系統的設計。通過(guò)自行搭建的二維納米測量定位裝置，選用光譜共焦傳感器作為測頭，實(shí)現對超精密零件的二維尺寸測量。使用激光共焦位移計，配合二維精密控制微動(dòng)臺，對西漢的日光鏡進(jìn)行表面起伏深度的掃描，來(lái)探究光鏡反光成像原理。

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3、薄膜材料厚度測量應用 由于光譜共焦傳感器對于不同的反射面反射回來(lái)的單色光的波長(cháng)不同，因此對于材料的厚度精密測量具有獨特的優(yōu)勢。光學(xué)玻璃、生物薄膜、平行平板等，兩個(gè)反射面都會(huì )反射不同波長(cháng)的單色光，進(jìn)而只需一個(gè)傳感器，即可推算出厚度，測量精度可達微米量級，且不損傷被測表面。討論了利用光譜共焦位移傳感器測量透明材料厚度的應用，計算了該系統的測量誤差范圍大概為0.005mm。提供了利用光譜共焦傳感器對平行平板的厚度以及光學(xué)鏡頭的中心厚度進(jìn)行測量的方法，并針對被測物體材料的色散對厚度測量精度的影響做了理論的分析。為了探究由流體跌落方式制備的薄膜厚度與跌落模式、雷諾數、底板的傾斜角度之間的關(guān)系，采用光譜共焦傳感器實(shí)時(shí)監控制備后的薄膜厚度，其實(shí)驗裝置。利用對頂安裝的白光共焦傳感器組，實(shí)現了對厚度為10～100μm的金屬薄膜厚度及分布的精確測量，并進(jìn)行了測量不確定度分析，得到系統的測量不確定度為0.12μm左右。 光譜共焦技術(shù)將軸向距離與波長(cháng)建立起一套編碼規則，是一種高精度、非接觸的光學(xué)測量技術(shù)?；诠庾V共焦技術(shù)的傳感器作為一種亞微米級、快速精確測量的傳感器，已經(jīng)被廣泛應用于表面微觀(guān)形狀、厚度測量、位移測量、在線(xiàn)監控及過(guò)程控制等工業(yè)測量領(lǐng)域。展望其未來(lái)，隨著(zhù)光譜共焦傳感技術(shù)的發(fā)展，必將在微電子、線(xiàn)寬測量、納米測試、超精密幾何量計量測試等領(lǐng)域得到更多的應用。