国产光谱共焦产品原理

光谱共焦测量技术由于其高精度、允许被测表面有更大的倾斜角、测量速度快、实时性高、对被测表面状况要求低以及高分辨率等特点，已成为工业测量的热门传感器，在生物医学 、材料科学、半导体制造、表面工程研究、精密测量和3C电子等领域广泛应用。本次测量场景采用了创视智能TS-C1200光谱共焦传感头和CCS控制器。TS-C系列光谱共焦位移传感器能够实现0.025 µm的重复精度、±0.02%的线性精度、30kHz的采样速度和±60°的测量角度，适用于镜面、透明、半透明、膜层、金属粗糙面、多层玻璃等材料表面，支持485、USB、以太网和模拟量的数据传输接口。光谱共焦位移传感器可以实现对材料的微小变形进行精确测量，对于研究材料的性能具有重要意义；国产光谱共焦产品原理

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 。国产光谱共焦产品原理光谱共焦三维形貌仪用超大色散线性物镜组设计是一项重要的研究内容。

光谱共焦位移传感器是基于共焦原理采用复色光为光源的传感器，其测扯精度能够达到nm量级，可用于表面呈漫反射或镜反射的物体的测匮。此外，光谱共焦位移传感器还可以对透明物体进行单向厚度测量。由于其在测量位 移方面具有高精度的特性，对千单层和多层透明物体，除准确测量该物体的位移之外，还可以单方向测量其厚度。本文将光谱共焦位移传感器应用于位移测量中，通过实验验证光谱共焦测量系统能够满足高精度的位移测蜇要求 ，对今后将整个 小型化、产品化有着重要的意义。

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。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。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。光谱共焦位移传感器的测量精度和稳定性受到光源、光谱仪和探测器等因素的影响。

光谱共焦传感器使用复色光作为光源，可以达到微米级精度，并具备对漫反射或镜反射被测物体的测量功能。此外，光谱共焦位移传感器还可以实现对透明物体的单向厚度测量，其光源和接收光镜为同轴结构，避免光路遮挡，适用于直径4.5mm及以上的孔和凹槽的内部结构测量。在测量透明物体的位移时，由于被测物体的上下两个表面都会反射，而传感器接收到的位移信号是通过其上表面计算出来的，从而可能引起一定误差 。本文通过对平行平板位移测量的误差分析，探讨了这一误差的来源和影响因素。光谱共焦位移传感器可以实现对不同材料的位移测量，包括金属、陶瓷、塑料等！线阵光谱共焦测厚度

光谱共焦技术的应用将有助于推动中国科技创新的发展。国产光谱共焦产品原理

物体的表面形貌可以通过测量距离来确定，光谱共焦传感器可以用于测量气缸套的圆度、直径、粗糙度和表面结构。当测量对象包含不同类型的材料时，尽管距离值保持不变，但反射率会突出材料之间的差异。划痕和不平整会影响反射率并变得可见。系统会创建目标及其精细结构的精确图像，只要检测到信号强度的变化。除了距离测量外，还可以使用信号强度进行测量，这可以实现对精细结构的可视化。通过保持曝光时间不变，可以获得有关表面评估的附加信息，而这在距离测量时是不可能的 。国产光谱共焦产品原理