2022-11-17
如今，光谱共焦测量技术由于其具有测量精度高、测量速度快、可以实现非接触测量的独特优势而被广泛应用于工业级测量。光谱共焦技术是在共焦显微术基础上发展而来，其无需轴向扫描,直接由波长对应轴向距离信息，从而大幅提高测量速度。而基于光谱共焦技术的传感器是近年来出现的一种高精度、非接触式的新型传感器目前精度上可达nm量级。共焦测量术由于其高精度、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、以及高分辨率的独特优势，迅速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、精密测量等领域得到广泛应用。
光谱共焦传感器的典型应用
1、表面粗糙度测量应用
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、散射法、散斑法、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%。
2、轮廓、几何尺寸测量应用
随着机械加工水平的不断发展，各种的微小的复杂工件都需要进行精密尺寸测量与轮廓测量，例如：小工件内壁沟槽尺寸、小圆倒角等的测量，对于某些精密光学元件可以进行非接触的轮廓形貌测量，避免在接触测量时划伤光学表面，解决了传统传感器很难解决的测量难题。一些精密光学元件也需要进行非接触的轮廓形貌测量，以避免接触测量时划伤光学表面。这些用传统传感器难以解决的测量难题，均可用光谱共焦传感器搭建测量系统以解决。通过自行塔建的二维纳米测量定位装置，选用光谱其焦传感器作为测头，实现测量超精密零件的二维尺寸，滚针对涡轮盘轮廓度检测的问题，利用光谱共焦式位移传感器使得涡轮盘轮廓度在线检测系统的设计能够得以实现。与此同时，在进行几何量的整体测量过程中，还需要采取多种不同的方式对其结构体系进行优化。从而让几何尺寸的测量更为精准。
3、薄膜材料厚度测量应用
由于光谱共焦传感器对于不同的反射面反射回来的单色光的波长不同，因此对于材料的厚度精密测量具有独特的优势。光学玻璃、生物薄膜、平行平板等，两个反射面都会反射不同波长的单色光，进而只需一个传感器，即可推算出厚度，测量精度可达微米量级，且不损伤被测表面。利用光谱共焦位移传感器测量透明材料厚度的应用，计算了该系统的测量误差范围大概为0.005mm。利用光谱共焦传感器对平行平板的厚度以及光学镜头的中心厚度进行测量的方法，并针对被测物体材料的色散对厚度测量精度的影响做了理论的分析。为了探究由流体跌落方式制备的薄膜厚度与跌落模式、雷诺数、底板的倾斜角度之间的关系，采用光谱共焦传感器实时监控制备后的薄膜厚度，利用对顶安装的白光共焦传感器组，实现了对厚度为10—100μm的金属薄膜厚度及分布的精确测量，并进行了测量不确定度分析，得到系统的测量不确定度为0.12μm左右。
