光谱可调的共焦位移和厚度的测量系统及方法与流程

本发明属于高精度测量的，尤其涉及一种光谱可调的共焦位移和厚度的测量系统及方法。

背景技术：

1、光谱共焦测量技术的原理是：系统主要由宽光谱光源模块、光纤、镜头和光谱仪组成，宽光谱光源发出的光由光纤传导至镜头，光波在镜头中色散透镜的作用下产生色散，在色散透镜出射光轴上产生连续的波长分布：即不同波长的光将会聚焦于光轴上不同的位置，从而产生了轴向位置色差，对应被测物体的上(下)表面对应有一个波长的聚焦点，根据光路可逆原理，分别汇聚于被测物体上(下)表面的相应波长的光将反射回到光纤，回波信号被光谱仪分光和采集，利用计算机对采集的信号进行处理，经过相关算法分析后，获得准确的峰值波长信息，从而获得被测物体上(下)表面的信息。

2、光谱共焦测量技术具有非接触、分辨率高、成本较低(相比干涉测量技术)等特点，且其对被测物体表面的颜色、光泽、纹理、倾角和环境杂散光等因素不敏感。因此，光谱共焦测量技术在表面形貌扫描、位移测量、厚度测量等方面有着良好的应用前景。此外，光谱共焦测量方法在测量前不需要对被测样品的表面进行处理，其适用的材料类型极为广泛，在透明、非透明、漫反射、镜面反射等材料测量中均有应用。

3、然而，传统光谱共焦位移传感器采用白光led作为宽带光源，在普通白光led的光谱中(400～800nm)，蓝光光谱相对较高，缺少紫光、青光、短波绿光以及长波红光部分，目前获得全光谱led的主要方法是通过蓝光led芯片配合荧光粉，或者紫光led芯片配合rgb荧光粉的方式。然而，白光led光源不同波长处的光谱强度差异较大，导致仪器在接受不同波长回波信号时的灵敏度和信噪比不同，影响测量精度。

4、在测试时，主流光谱共焦位移传感器很少考虑被测目标物表面反射率大小对测量结果的影响，导致其在测量高反射率、低反射率、特定波长(波段)高反或高透的被测物体时，结果的精度和稳定性不佳。虽然部分光谱共焦位移传感器产品提到可以通过调控采样率来改善回波信号强度，或者通过协调光源光谱曲线强度和探测器(ccd或cmos)光谱响应特性，以间接地改善其对低反射率或者高反射率样品的测量结果，但是改变采样率会影响测量效率，协调光源光谱强度和探测器响应特性只能在一定程度上平衡探测器对不同波长的响应特性，并未充分考虑被测物体对特定波长(波段)的强吸收或者强反射问题，导致其对特殊材料的适应能力不佳。此外，部分产品通过改用氙灯或者卤素灯来提高信号强度，但是氙灯的寿命仅有2000h左右，远低于led的几万小时，且卤素灯寿命短，发热量较大，对部分光学元件的光学特性有干扰。

5、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光谱可调的共焦位移和厚度的测量系统，至少解决现有技术中的光源的光谱特性均匀性或稳定性较低，降低被测物的测试效率的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：

2、提供一种光谱可调的共焦位移和厚度的测量系统，适用于被测物体位移和/或厚度的测量，包括镜头组件、分叉光纤、光源组件、光谱仪和控制器，光源组件包括基础光源和调节光源，其中：

3、所述基础光源，用以提供基础照亮光源；

4、所述调节光源，用于调节所述基础光源在谱带范围内的平衡，并耦合在所述分叉光纤的一端进行传输；

5、所述分叉光纤，一端与所述镜头组件连接，另一端分别与所述光源组件和光谱仪连接，传输调节后的所述基础光源，并，反馈被测物体被照亮后的反射光，并与所述光谱仪光电连接；

6、所述控制器分别与所述光源组件和所述光谱仪电连接，能够向所述光源组件发送控制指令，并接受所述光谱仪的反馈信号。

7、其次一种光谱可调的共焦位移和厚度的测量方法，适用于被测物体位移和/或厚度的测量，使用上述的测量装置，光源组件中的光源与控制器电连接，所述方法包括：

8、在光源初始位置或光路耦合位置设置与控制器连接的光感传感器；

9、为光源组件设置多个备用白光led形成备用阵列，且与控制器电连接，和/或，所述调节光源至少设置红色、绿色和蓝色led中的一种，并与所述基础光源交错设置，且配置有带通滤光片或中性密度滤光片，以维持调节后光源的光强稳定性；

10、检测光源初始位置或光路耦合位置的光强度为预设值时，控制器控制所述红色、绿色和蓝色led中的一种启动；

11、根据调整后的光源对被测物进行检测。

12、与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

13、本案所提供的装置，设置有调节光源，在基础光源启动后，通过调节光源进行调节，调节后通过光纤进行耦合和对被测试物的测试，均匀稳定的光源提高测试的效率。

技术特征：

1.一种光谱可调的共焦位移和厚度的测量系统，适用于被测物体位移和/或厚度的测量，其特征在于，包括镜头组件、分叉光纤、光源组件、光谱仪和控制器，光源组件包括基础光源和调节光源，其中：

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述光源组件还包括多个白光led光源组成的光源阵列、透镜和滤光片，其中：

3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述滤光片为带通滤光片。

4.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述调节光源包括个单色led光源，所述单色led光源为至少为红色、绿色和蓝色光源的一种，用以均匀所述基础光源的光强。

5.根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述调节光源还包括备用的白光led和用以调节后光源强度测量的光电传感器，所述光电传感器与控制器电连接，其中：

6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述滤光片为带通滤光片或中性密度滤光片。

7.一种光谱可调的共焦位移和厚度的测量方法，适用于被测物体位移和/或厚度的测量，其特征在于,使用如权利要求1或2所述的测量装置，光源组件中的光源与控制器电连接，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，对被测物进行检测的方法包括：

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述调整光源还包括扩展光源，所述扩展光源至少包括紫led和红外led，所述扩展光源用于扩展轴向色差的光谱带宽，以降低仪器对光谱仪分辨率的要求，满足：

技术总结
本发明的光谱可调的共焦位移和厚度的测量系统，属于高精度测量的技术领域，至少解决现有技术中的光源的光谱特性均匀性或稳定性较低，降低被测物的测试效率的技术问题。包括镜头组件、分叉光纤、光源组件、光谱仪和控制器，光源组件包括基础光源和调节光源，其中：所述基础光源，用以提供基础照亮光源；所述调节光源，用于调节所述基础光源在谱带范围内的平衡，并耦合在所述分叉光纤的一端进行传输；所述分叉光纤，一端与所述镜头组件连接，另一端分别与所述光源组件和光谱仪连接，传输调节后的所述基础光源，并，反馈被测物体被照亮后的反射光，通过控制器完成测试。本案提供的光源均匀且稳定，提高对被测物的测试效率和准确性。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：智慧星空（上海）工程技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19