2022-11-17
如今，光譜共焦測量技術由于其具有測量精度高、測量速度快、可以實現非接觸測量的獨特優勢而被廣泛應用于工業級測量。光譜共焦技術是在共焦顯微術基礎上發展而來，其無需軸向掃描,直接由波長對應軸向距離信息，從而大幅提高測量速度。而基于光譜共焦技術的傳感器是近年來出現的一種高精度、非接觸式的新型傳感器目前精度上可達nm量級。共焦測量術由于其高精度、允許被測表面有更大的傾斜角、測量速度快、實時性高、對被測表面狀況要求低、以及高分辨率的獨特優勢，迅速成為工業測量的熱門傳感器，在生物醫學、材料科學、半導體制造、表面工程研究、精密測量等領域得到廣泛應用。
光譜共焦傳感器的典型應用
1、表面粗糙度測量應用
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，是表面質量的一個重要衡量指標，關系零件的磨損、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現非接觸、高效、在線實時測量，而成為未來粗糙度測量的發展方向。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，對膜式燃氣表的閥蓋粗糙度進行了非接觸的測量，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行表面粗糙度的非接觸測量，并對測量結果進行不確定評定，得到U95為13.9%。
2、輪廓、幾何尺寸測量應用
隨著機械加工水平的不斷發展，各種的微小的復雜工件都需要進行精密尺寸測量與輪廓測量，例如：小工件內壁溝槽尺寸、小圓倒角等的測量，對于某些精密光學元件可以進行非接觸的輪廓形貌測量，避免在接觸測量時劃傷光學表面，解決了傳統傳感器很難解決的測量難題。一些精密光學元件也需要進行非接觸的輪廓形貌測量，以避免接觸測量時劃傷光學表面。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。通過自行塔建的二維納米測量定位裝置，選用光譜其焦傳感器作為測頭，實現測量超精密零件的二維尺寸，滾針對渦輪盤輪廓度檢測的問題，利用光譜共焦式位移傳感器使得渦輪盤輪廓度在線檢測系統的設計能夠得以實現。與此同時，在進行幾何量的整體測量過程中，還需要采取多種不同的方式對其結構體系進行優化。從而讓幾何尺寸的測量更為精準。
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的單色光的波長不同，因此對于材料的厚度精密測量具有獨特的優勢。光學玻璃、生物薄膜、平行平板等，兩個反射面都會反射不同波長的單色光，進而只需一個傳感器，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。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。利用光譜共焦傳感器對平行平板的厚度以及光學鏡頭的中心厚度進行測量的方法，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系，采用光譜共焦傳感器實時監控制備后的薄膜厚度，利用對頂安裝的白光共焦傳感器組，實現了對厚度為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。
