光譜共焦位移傳感器是一種用于測(cè)量物體表面形貌和位移的先進(jìn)傳感器技術(shù)。它能夠通過光譜共焦原理實(shí)現(xiàn)高精度的位移測(cè)量，廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、科學(xué)研究和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。本文將介紹光譜共焦位移傳感器的工作原理、測(cè)試場(chǎng)景和解決方案。光譜共焦位移傳感器的工作原理是基于光學(xué)共焦原理。當(dāng)激光光束照射到物體表面時(shí)，光束會(huì)在物體表面反射并聚焦到傳感器的探測(cè)器上。通過分析反射光的光譜信息，傳感器可以精確計(jì)算出物體表面的形貌和位移信息。光譜共焦位移傳感器具有高分辨率、高靈敏度和無(wú)接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)微納米級(jí)的位移測(cè)量，適用于各種復(fù)雜表面的測(cè)量需求。在工業(yè)制造領(lǐng)域，光譜共焦位移傳感器被廣泛應(yīng)用于精密加工、三維打印、自動(dòng)化裝配等場(chǎng)景。它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)零件表面的形貌和位移變化，確保加工質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性。在科學(xué)研究領(lǐng)域，光譜共焦位移傳感器可以用于納米材料的表面形貌分析、生物細(xì)胞的變形測(cè)量等領(lǐng)域。在醫(yī)療診斷領(lǐng)域，光譜共焦位移傳感器可以用于眼科手術(shù)中的角膜形態(tài)測(cè)量、皮膚病變的表面形貌分析等應(yīng)用。針對(duì)光譜共焦位移傳感器在不同場(chǎng)景下的測(cè)試需求，有針對(duì)性的解決方案是至關(guān)重要的。光譜共焦位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度的測(cè)量，對(duì)于研究材料的振動(dòng)特性具有重要意義；原裝光譜共焦檢測(cè)
物體的表面形貌可以通過測(cè)量距離來(lái)確定，光譜共焦傳感器可以用于測(cè)量氣缸套的圓度、直徑、粗糙度和表面結(jié)構(gòu)。當(dāng)測(cè)量對(duì)象包含不同類型的材料時(shí)，盡管距離值保持不變，但反射率會(huì)突出材料之間的差異。劃痕和不平整會(huì)影響反射率并變得可見。系統(tǒng)會(huì)創(chuàng)建目標(biāo)及其精細(xì)結(jié)構(gòu)的精確圖像，只要檢測(cè)到信號(hào)強(qiáng)度的變化。除了距離測(cè)量外，還可以使用信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，這可以實(shí)現(xiàn)對(duì)精細(xì)結(jié)構(gòu)的可視化。通過保持曝光時(shí)間不變，可以獲得有關(guān)表面評(píng)估的附加信息，而這在距離測(cè)量時(shí)是不可能的。原裝光譜共焦供應(yīng)光譜共焦技術(shù)可以對(duì)材料表面和內(nèi)部進(jìn)行非接觸式的檢測(cè)和分析；
客戶一直使用潔凈室中的激光測(cè)量設(shè)備來(lái)檢查對(duì)齊情況，但每個(gè)組件的對(duì)齊檢查需要大約十分鐘，時(shí)間太長(zhǎng)了。因此，客戶要求我們開發(fā)一種特殊用途的測(cè)試和組裝機(jī)器，以減少校準(zhǔn)檢查所需的時(shí)間。現(xiàn)在，我們使用機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)將閥門、閥瓣和銷組件轉(zhuǎn)移到專門的自動(dòng)裝配機(jī)中。為了避免由于移動(dòng)機(jī)器人的振動(dòng)引起的任何測(cè)量干擾，我們將光譜共焦位移傳感器安裝在單獨(dú)的框架和支架上，盡管仍然靠近要測(cè)量的部件。該機(jī)器已經(jīng)經(jīng)過測(cè)試和驗(yàn)證。
高像素傳感器設(shè)計(jì)方案取決于的光對(duì)焦水平，要求嚴(yán)格圖象室內(nèi)空間NA的眼鏡片。另一方面，光譜共焦位移傳感器的屏幕分辨率通常采用光譜抗壓強(qiáng)度的全半寬來(lái)精確測(cè)量。高NA能夠降低半寬，提高分辨率。因而，在設(shè)計(jì)超色差攝像鏡頭時(shí)，NA應(yīng)盡可能高的。高圖象室內(nèi)空間NA能提高傳感器系統(tǒng)的燈源使用率，使待測(cè)表層輪廊以比較大視角或一定方向歪斜?？墒牵琋A的提高也會(huì)導(dǎo)致球差擴(kuò)大，并產(chǎn)生電子光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化難度。傳感器檢測(cè)范圍主要是由超色差鏡片的縱向色差確定。因?yàn)楣庾V儀在各個(gè)波長(zhǎng)的像素一致，假如縱向色差與波長(zhǎng)之間存在離散系統(tǒng)，這類離散系統(tǒng)也會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)器在各個(gè)波長(zhǎng)的像素或敏感度存在較大差別，危害傳感器特性。縱向色差與波長(zhǎng)的線性相關(guān)選用線形相關(guān)系數(shù)來(lái)精確測(cè)量，必須接近1。一般有兩種方法能夠形成充足強(qiáng)的色差：運(yùn)用玻璃的當(dāng)然散射;應(yīng)用衍射光學(xué)元器件。除開生產(chǎn)制造難度高、成本相對(duì)高外，當(dāng)能見光根據(jù)時(shí)，透射耗損也非常高。高精度光譜共焦位移傳感器是一種基于共焦原理實(shí)現(xiàn)的位移測(cè)量技術(shù)。
光譜共焦測(cè)量技術(shù)是共焦原理和編碼技術(shù)的融合。一個(gè)完整的相對(duì)高度范疇能夠通過使用白光燈燈源照明燈具和光譜儀完成精確測(cè)量。光譜共焦位移傳感器的精確測(cè)量原理如下圖1所顯示，燈源發(fā)出光經(jīng)過光纖，再通過超色差鏡片，超色差鏡片能夠聚焦在直線光軸上，產(chǎn)生一系列可見光聚焦點(diǎn)。這種可見光聚焦點(diǎn)是連續(xù)的，不重合的。當(dāng)待測(cè)物放置檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，只有一種光波長(zhǎng)能夠聚焦在待測(cè)物表層并反射面，依據(jù)激光光路的可逆回到光譜儀，產(chǎn)生波峰焊。全部別的波長(zhǎng)也將失去焦點(diǎn)。運(yùn)用單頻干涉儀的校準(zhǔn)信息計(jì)算待測(cè)物體的部位，創(chuàng)建光譜峰處波長(zhǎng)偏移的編號(hào)。該超色差鏡片通過提升，具備比較大的縱向色差，用以在徑向分離出來(lái)電子光學(xué)信號(hào)的光譜成份。因而，超色差鏡片是傳感器關(guān)鍵部件，其設(shè)計(jì)方案十分重要。光譜共焦技術(shù)可以在醫(yī)學(xué)診斷中發(fā)揮重要作用；高采樣速率光譜共焦供應(yīng)商
光譜共焦位移傳感器具有高靈敏度和迅速響應(yīng)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)測(cè)。原裝光譜共焦檢測(cè)
本文通過對(duì)比測(cè)試方法，考核了基于白光共焦光譜技術(shù)的靶丸外表面輪廓測(cè)量精度。圖5(a)比較了原子力顯微鏡輪廓儀和白光共焦光譜輪廓儀測(cè)量曲線，二者低階輪廓整體相似性高，但在靶丸赤道附近的高頻段輪廓測(cè)量上存在一定的偏差。此外，白光共焦光譜的信噪比也相對(duì)較低，只適合測(cè)量靶丸表面低階的輪廓誤差。圖5(b)比較了原子力顯微鏡輪廓儀測(cè)量數(shù)據(jù)和白光共焦光譜輪廓儀測(cè)量數(shù)據(jù)的功率譜曲線，發(fā)現(xiàn)兩種方法在模數(shù)低于100的功率譜范圍內(nèi)測(cè)量結(jié)果一致性較好，但當(dāng)模數(shù)大于100時(shí)，白光共焦光譜的測(cè)量數(shù)據(jù)大于原子力顯微鏡的測(cè)量數(shù)據(jù)，這反映了白光共焦光譜儀在高頻段測(cè)量數(shù)據(jù)信噪比相對(duì)較差的特點(diǎn)。由于共焦光譜檢測(cè)數(shù)據(jù)受多種因素影響，高頻隨機(jī)噪聲可達(dá)100nm左右。原裝光譜共焦檢測(cè)