2021-11-03
光谱共焦位移传感器用于测量透明材料平行平板厚度的可行性，对其产生的误差进行了详细的分析，并给出了相应的补偿方法。
目前，非接触式的精密测量位移装置有共焦位移传感器，激光三角反射式位移传感器、电容式传感器、电感式传感器等。它们具有适应性强、速度快、精度高等特点，适用于检测各种回转体、箱体零件的尺寸和形位误差。并且可以与快速反馈跟踪系统配合使用，能够准确快速地测出表面的形状与轮廓。它们克服了接触式检测的诸多缺点，既提高了检测速度，又保护了被测工件表面免受划伤及防止传感器变形。
光谱共焦传感器是采用复色光为光源的传感器，其测量精度能够达到微米量级，可用于对漫反射或镜反射被测物体的测量。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，光源和接收光镜为同轴结构，有效地避免了光路遮挡，并使传感器适于测量直径4.5mm以上的孔及凹槽的内部结构。
但是，光谱共焦位移传感器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，从而会引起一定的误差。本文基于测量平行平板的位移，对其进行了误差分析。
正是基于这种独特的原理，使得光谱共焦位移传感器在位移测量上拥有高精度，不论是单层透明物体还是多层透明物体，除了能够测量该物体位移，还可以测量其厚度。如薄玻璃片，平行平板等。平行平板的前后表面都会反射特定波长的光，在单色仪上获得的是出现两个峰值的光谱曲线，通过这两个峰值可以推算出玻璃的厚度。
光谱共焦位移传感器的误差分析
光谱共焦位移传感器可以精确测量物体的位移，但在测量透明物体的厚度时，由于透明材料的折射率不同将产生不同的误差。其误差分析如下：
白光入射到一个折射率为n、厚度为D1的平面平行板。光线需要满足如下条件：如果没有平面平行板，则该光线会与光轴交于点A0，如果有平面平行板，光线会与光轴交于A1点。波长为λ1、λ2的单色光通过一定的的入射角入射到平行平板。
在进行平行平板位移测量时，其初始位置为平行平板的上表面，此时传感器接收到的为波长为λ1、λ2的单色光信号，移动后平行平板到达距其下表面D2的位置时，传感器接收到的是仍包含λ2的信号。
由于材料的折射率以及色散系数均已经求出，就可以计算出该光谱共焦传感器的测量误差。其误差范围大约在0.005mm左右。
光谱共焦位移传感器具有很多方面的应用，尤其测量透明物体的厚面方面有独特的优势，而且可以通过补偿的方法实现较高的分辨率。
