2022-11-17
如今，光譜共焦測量技術(shù)由于其具有測量精度高、測量速度快、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量的獨(dú)特優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)級(jí)測量。光譜共焦技術(shù)是在共焦顯微術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其無需軸向掃描,直接由波長對(duì)應(yīng)軸向距離信息，從而大幅提高測量速度。而基于光譜共焦技術(shù)的傳感器是近年來出現(xiàn)的一種高精度、非接觸式的新型傳感器目前精度上可達(dá)nm量級(jí)。共焦測量術(shù)由于其高精度、允許被測表面有更大的傾斜角、測量速度快、實(shí)時(shí)性高、對(duì)被測表面狀況要求低、以及高分辨率的獨(dú)特優(yōu)勢，迅速成為工業(yè)測量的熱門傳感器，在生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、半導(dǎo)體制造、表面工程研究、精密測量等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
光譜共焦傳感器的典型應(yīng)用
1、表面粗糙度測量應(yīng)用
表面粗糙度是指零件在加工過程中由于不同的加工方法、機(jī)床與刀具的精度、振動(dòng)及磨損等因素在工件加工表面上形成的具有較小間距和較小峰谷的微觀水平狀況，是表面質(zhì)量的一個(gè)重要衡量指標(biāo)，關(guān)系零件的磨損、密封、潤滑、疲勞、研和等機(jī)械性能。表面粗糙度測量主要可分為接觸式測量和非接觸式測量。觸針式接觸測量容易劃傷測量表面、針尖易磨損、測量效率低、不能測復(fù)雜表面，而非接觸測量相對(duì)而言可以實(shí)現(xiàn)非接觸、高效、在線實(shí)時(shí)測量，而成為未來粗糙度測量的發(fā)展方向。目前常用的非接觸法主要有干涉法、散射法、散斑法、聚焦法等。而其中聚焦法較為簡單實(shí)用。采用光譜共焦位移傳感器，搭建了一套簡易的測量裝置，對(duì)膜式燃?xì)獗淼拈y蓋粗糙度進(jìn)行了非接觸的測量，以此來判斷閥蓋密封性合格與否，取得了一定的效果。基于光譜共焦傳感器，利用其搭建的二維納米測量定位裝置對(duì)粗糙度樣塊進(jìn)行表面粗糙度的非接觸測量，并對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行不確定評(píng)定，得到U95為13.9%。
2、輪廓、幾何尺寸測量應(yīng)用
隨著機(jī)械加工水平的不斷發(fā)展，各種的微小的復(fù)雜工件都需要進(jìn)行精密尺寸測量與輪廓測量，例如：小工件內(nèi)壁溝槽尺寸、小圓倒角等的測量，對(duì)于某些精密光學(xué)元件可以進(jìn)行非接觸的輪廓形貌測量，避免在接觸測量時(shí)劃傷光學(xué)表面，解決了傳統(tǒng)傳感器很難解決的測量難題。一些精密光學(xué)元件也需要進(jìn)行非接觸的輪廓形貌測量，以避免接觸測量時(shí)劃傷光學(xué)表面。這些用傳統(tǒng)傳感器難以解決的測量難題，均可用光譜共焦傳感器搭建測量系統(tǒng)以解決。通過自行塔建的二維納米測量定位裝置，選用光譜其焦傳感器作為測頭，實(shí)現(xiàn)測量超精密零件的二維尺寸，滾針對(duì)渦輪盤輪廓度檢測的問題，利用光譜共焦式位移傳感器使得渦輪盤輪廓度在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠得以實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，在進(jìn)行幾何量的整體測量過程中，還需要采取多種不同的方式對(duì)其結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化。從而讓幾何尺寸的測量更為精準(zhǔn)。
3、薄膜材料厚度測量應(yīng)用
由于光譜共焦傳感器對(duì)于不同的反射面反射回來的單色光的波長不同，因此對(duì)于材料的厚度精密測量具有獨(dú)特的優(yōu)勢。光學(xué)玻璃、生物薄膜、平行平板等，兩個(gè)反射面都會(huì)反射不同波長的單色光，進(jìn)而只需一個(gè)傳感器，即可推算出厚度，測量精度可達(dá)微米量級(jí)，且不損傷被測表面。利用光譜共焦位移傳感器測量透明材料厚度的應(yīng)用，計(jì)算了該系統(tǒng)的測量誤差范圍大概為0.005mm。利用光譜共焦傳感器對(duì)平行平板的厚度以及光學(xué)鏡頭的中心厚度進(jìn)行測量的方法，并針對(duì)被測物體材料的色散對(duì)厚度測量精度的影響做了理論的分析。為了探究由流體跌落方式制備的薄膜厚度與跌落模式、雷諾數(shù)、底板的傾斜角度之間的關(guān)系，采用光譜共焦傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控制備后的薄膜厚度，利用對(duì)頂安裝的白光共焦傳感器組，實(shí)現(xiàn)了對(duì)厚度為10—100μm的金屬薄膜厚度及分布的精確測量，并進(jìn)行了測量不確定度分析，得到系統(tǒng)的測量不確定度為0.12μm左右。
