[发明专利]一种用于三维面型测量的线形光谱共焦系统

说明书

本发明公开一种用于三维面型测量的线形光谱共焦系统，包括：宽光谱光源，用于提供有一定波长范围的光辐射；透射光栅，用于将光辐射源发射的光辐射分成分离的波长；柱面镜组，用于使不同波长的光辐射聚焦在被测物体表面法向的不同高度上，且在垂直于子午面方向上，不改变辐射光的传播方向；光辐射处理单元，在镜面反射方向上接受从被测量物体表面反射的光辐射，并引导至所述检测器；探测器，用于接收从所测量的物体反射的辐射。本发明使用光栅实现色散，可以更大程度地实现光谱分离，在面形测量时可以测量更大的深度范围；并且使用柱面镜组，实现线形探测，在得到平面平整度信息时可以只用进行一个维度的扫描。

技术领域

本发明涉及测量仪器和方法，特别是用于那些测量物体表面三维面型的测量仪器和方法。

背景技术

随着现代检测技术的进步，三维测量技术逐步成为人们的研究重点，特别是随着激光技术、计算机技术和图像处理技术等高新技术的发展，使得光学式三维测量技术得到广泛的应用。光学三维面型测量技术以其高精度、高效率和非接触性等优点被广泛应用于高速检测、产品开发、质量控制等领域。

共焦显微术的概念首先是由美国的Minsky于1955年提出，其利用共焦原理搭建第一台共焦显微镜，并于1957年申请了专利。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，精度理论上可达nm量级。由于光谱共焦传感器对被测表面状况要求低，允许被测表面有更大的倾斜角，测量速度快，实时性高，迅速成为工业测量的热门传感器，广泛应用于精密定位、薄膜厚度测量、微观轮廓精密测量等领域。

目前，大多数光谱共焦系统采用色散透镜组实现光谱分离，而这种色散方法得到的光谱分离并不明显，测量深度较小，且每次测量只能得到该探测点的高度信息，如果需要得到整个平面的三维面型，则需要进行二维扫描。本发明提供了一种采用光学方法实现非接触测量的线形光谱共焦位移传感器，通过光栅实现色散，并且使用柱面镜替代球面镜，可以实现线形探测，在得到被测物体平面的三维面型信息时可以降低一个扫描维度。

发明内容

本发明提供一种用于三维面型测量的线形光谱共焦系统，采用了透射光栅实现光谱分离，并且使用一系列柱面透镜组实现线测量，从而减少面形测量时位移扫描维度。

本发明首先提供了一种用于三维面型测量的线形光谱共焦的测量装置，其包括：

宽光谱光源，用于提供有一定波长范围的光辐射。

透射光栅，用于调整所述光辐射，以将所述光辐射分成分离的波长，不同波长的光辐射将以不同的出射角从透射光栅出射，

柱面镜组，用于调整经过所述透射光栅后的光辐射，不同波长的光辐射以不同的入射角入射柱面镜组后，柱面镜组可使不同波长的光辐射从不同的方向上引导至所测量的物体表面，使不同波长的光辐射聚焦在被测物体表面法向上的不同高度处；并且因柱面镜的特殊性质，在垂直于子午面方向上，所有光辐射均平行传播，辐射光的传播方向不发生改变；

(被反射的)光辐射处理单元，将完美聚焦在被测物体表面测量点的光辐射在镜面反射方向上引导至所述探测器，使该波长的光辐射在镜面反射后的光路与镜面反射前光路对称。未能完美聚焦在被测物体表面测量点的光辐射则不被光辐射处理单元引导至所述探测器。

探测器，用于接收从所测量的物体反射的辐射。

可选地，所述宽光谱光源被设置为可提供均匀照度的平行光辐射。