[发明专利]三维线光谱共焦传感方法与装置

说明书

本发明提供了一种三维线光谱共焦传感方法与装置，包含：光源模块，色散透镜模块，分束器，强度探测模块，滤波模块，光谱探测模块。光源模块采用双光源输入，单个光源在相应的波段范围具有较高的光谱均匀性，增大了光谱范围，提升了光谱一致性。采用色散透镜模块对两个波段的照明光进行色散调制，双波段的叠加可以实现更大的轴向探测范围。强度探测模块采用狭缝和探测器，有效记录了物体焦点处的能量分布，获得对应的全强度图，实现更高准确率的横向二维测量。光谱探测模块采用双光谱解调探测系统，与双光源的波段范围对应，获得对应的光谱分布图，提升光谱分辨率和轴向分辨力。结合强度探测的全强度图和光谱探测的光谱图，通过线扫描的方式，获得更高的横向分辨力和轴向分辨力的三维测量。因此，本发明提出的一种三维线光谱共焦传感方法与装置，在线扫描快速检测的基础上，可以实现更大的轴向探测范围，更高的横向分辨力以及更高的轴向分辨力的三维测量。

技术领域

本发明涉及一种精密测量方法与装置，特别是用于一种基于光谱共焦线扫描进行物体表面三维的测量方法和装置。

背景技术

随着现代化加工制造业的快速发展，精密制造能力的突飞猛进，因此对于高精度传感器的需求也与日俱增。物体三维表面测量的方式一般分为传统接触式测量和非接触式测量，接触式测量虽然测量精度高，但一般会划伤物体表面，容易对器件本身造成影响，对于柔性材料，接触式测量会使材料变形，导致测量结果不准去。因此，基于接触式测量的不利影响，一般采用非接触式测量。

光谱共焦传感器是一种基于波长的色散聚焦特性的进行测量，采用光谱解调建立波长和物体表面高度关系的装置。复色光源经过色散透镜组按照波长不同聚焦在不同深度位置，形成轴向分布的一系列焦点，在物体表面的焦点处的光束会被以最大能量反射，通过光谱解调系统，对应波长呈现最大强度值，从而建立波长和物体表面高度的关系。鉴于检测精度高，测量速度快，光谱共焦传感器已经成为非接触检测重要的一种手段。

光谱共焦传感器具有点扫描和线扫描两种方式，点扫描光谱共焦传感器横向分辨力高，但扫描速度慢，不适用于快速检测，现在更多的采用扫描速度快的线扫描共焦传感器。线扫描共焦传感器采用狭缝或者柱透镜获得线型光照明，单次探测可以获得更大的检测范围，但同样面临分辨力较低的问题。光源的光谱均匀性，二维横向扫描探测和光谱解调系统，都是影响三维测量分辨力的主要因素。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三维线光谱共焦传感方法与装置，用于解决线扫描光谱共焦传感器测量分辨力低的问题。

本发明提供一种三维线光谱共焦传感装置，包括：光源模块，色散透镜模块，分束器，强度探测模块，滤波模块，光谱探测模块；

所述光源模块包含两个光谱均匀性高的宽波段光源，Y型光纤，通过Y型光纤输出端连接光源，输出端产生线型照明光；

所述色散透镜模块，包括：消色差准直镜，分束器和聚焦镜，消色差准直镜对全谱段内的线型照明光进行准直，产生平行光场，经过聚焦镜后得到不同深度位置的焦点分布，分束器用于将物体反射的光分束至后续探测系统中；。

所述分束器，用于将物体反射的光分束至不同的探测系统中，一部分用于强度探测，一部分用于光谱解调探测；

所述强度探测模块，包括：聚焦镜，狭缝和探测器，聚焦镜用于聚焦物体反射的光到狭缝处，狭缝用于过滤非焦点的光，探测器用于接收通过狭缝后的光束，获得全强度图；

所述滤波模块，包括：聚焦镜，狭缝和准直镜，聚焦镜用于聚焦物体反射的光到狭缝处，狭缝用于过滤非焦点的光，准直镜用于对经过狭缝后的光准直，进入后续光谱解调系统；