非接触式光谱共焦测量仪

三坐标测量机是加工现场常用的高精度产品尺寸及形位公差检测设备，具有通用性强，精确可靠等优点。本文面向一种特殊材料异型结构零件内曲面的表面粗糙度测量要求，提出一种基于高精度光谱共焦位移传感技术的表面粗糙度集成在线测量方法，利用工业现场常用的三坐标测量机平台执行轮廓扫描，并记录测量扫描位置实时空间横坐标，根据空间坐标关系，将测量扫描区域的微观高度信息和扫描采样点组织映射为微观轮廓，经高斯滤波处理和评价从而得到测量对象的表面粗糙度信息。光谱共焦技术的精度可以达到纳米级别。非接触式光谱共焦测量仪

光谱共焦位移传感器是一种基于共焦原理，采用复色光作为光源的传感器，其测量精度可达到纳米级，适用于测量物体表面漫反射或反射的情况。此外，光谱共焦位移传感器还可以用于单向厚度测量透明物体。由于其具有高精度的测量位移特性，因此对于透明物体的单向厚度测量以及高精度的位移测量都有着很好的应用前景。本文将光谱共焦位移传感器应用于位移测量中，并通过实验验证，表明其能够满足高精度的位移测量要求，这对于将整个系统小型化、产品化具有重要意义。工厂光谱共焦经销批发光谱共焦技术的研究和应用将推动中国科技事业的发展。

采用对比测试方法，首先对基于白光共焦光谱技术的靶丸外表面轮廓测量精度进行了考核，为了便于比较，将原子力显微镜轮廓仪的测量数据进行了偏移。结果得出，二者的低阶轮廓整体相似，局部的轮廓信息存在一定的偏差，原因在于二者在靶丸赤道附近的精确测量圆周轮廓结果不一致;此外，白光共焦光谱的信噪比较原子力低，这表明白光共焦光谱适用于靶丸表面低阶的轮廓误差的测量。从靶丸外表面轮廓原子力显微镜轮廓仪测量数据和白光共焦光谱轮廓仪测量数据的功率谱曲线中可以看出，在模数低于100的功率谱范围内，两种方法的测量结果一致性较好，当模数大于100时，白光共焦光谱的测量数据大于原子力显微镜的测量数据，这也反应了白光共焦光谱仪在高频段测量数据信噪比相对较差的特点。由于光谱传感器Z向分辨率比原子力低一个量级，同时，受环境振动、光谱仪采样率及样品表面散射光等因素的影响，共焦光谱检测数据高频随机噪声可达100nm左右。

该研究主要针对光谱共焦传感器在校准时产生的误差进行了研究。研究者使用激光干涉仪和高精度测长机分别对光谱共焦传感器进行了测量，并使用球面测头来保证光谱共焦传感器的光路位于测头中心，以确保安装精度。然后更换平面侧头进行校准，并利用小二乘法对测量数据进行处理，得出测量数据的非线性误差。研究结果表明：高精度测长机校准时的非线性误差为0.030%，激光干涉仪校准时的分析线性误差为0.038%。利用小二乘法处理数据及计算非线性误差，可以减小校准时产生的同轴度误差和光谱共焦传感器的系统误差，提高对光谱共焦传感器的校准精度。光谱共焦技术可以在工业生产中发挥重要作用。

表面粗糙度是指零件在加工过程中由于不同的加工方法、机床与刀具的精度、振动及磨损等因素在工件加工表面上形成的具有较小间距和较小峰谷的微观水平状况，是表面质量的一个重要衡量指标，关系零件的磨损、密封、润滑、疲劳、研和等机械性能。表面粗糙度测量主要可分为接触式测量和非接触式测量。触针式接触测量容易划伤测量表面、针尖易磨损、测量效率低、不能测复杂表面，而非接触测量相对而言可以实现非接触、高效、在线实时测量，而成为未来粗糙度测量的发展方向。目前常用的非接触法主要有干涉法、散斑法、散射法、聚焦法等。而其中聚焦法较为简单实用。采用光谱共焦位移传感器，搭建了一套简易的测量装置，对膜式燃气表的阀盖粗糙度进行了非接触的测量，以此来判断阀盖密封性合格与否，取得了一定的效果。基于光谱共焦传感器，利用其搭建的二维纳米测量定位装置对粗糙度样块进行表面粗糙度的非接触测量，并对测量结果进行不确定评定，得到 U95 为 13.9%。光谱共焦技术可以对材料表面和内部进行非接触式的检测和分析。国产光谱共焦的精度

光谱共焦技术可以对生物和材料的物理、化学、生物学等多个方面进行分析。非接触式光谱共焦测量仪

光谱共焦传感器通过使用多透镜光学系统将多色白光聚焦到目标表面上来工作。透镜的排列方式是通过控制色差（像差）将白光分散成单色光。每个波长都有一定的偏差（特定距离）进行工厂校准。只有精确聚焦在目标表面或材料上的波长才能用于测量。经过共焦孔径从目标表面反射回来的光进入光谱仪进行检测和处理。在整个传感器的测量范围内，实现了一个非常小的、恒定的光斑尺寸，通常小于10微米。微型径向和轴向共焦版本可用于测量钻孔或钻孔内壁面，以及测量窄孔、小间隙和空腔。非接触式光谱共焦测量仪