[发明专利]一种光谱共焦轴向距离检测方法、装置及设备

说明书

本发明公开了一种光谱共焦轴向距离检测方法、装置及设备，所述方法包括以下步骤：驱动光谱共焦测头轴向扫描待测物体表面，比对各扫描位置的反射光谱信号，获取测量范围内每个光谱仪像素能够产生的最大光强，归为一组作为参比光强信号；获得噪声光谱信号；根据所述参比光强信号、所述噪声光谱信号和所述反射光谱信号，计算所述各扫描位置的色散反射率光谱。本发明通过获取测量范围内每个光谱仪像素能够产生的最大光强作为参比光强信号，并通过噪声光谱信号来计算色散反射率，进而对色散反射率寻峰，作为聚焦像素序号值，弥补了光源造成的不同波长光线的强度、透过率等差异，可以有效提高聚焦像素序号值的求解精度。

技术领域

本发明涉及光谱共焦位移测量技术领域，尤其是涉及一种光谱共焦轴向距离检测方法、装置及设备。

背景技术

随着光谱共焦技术的快速发展，光谱共焦位移传感器以其无接触、高精度、灵敏快速等优势，在精密位移检测、低频震动监测等方面获得广泛应用。光谱共焦位移检测利用色散将不同波长分布在不同的轴向位置，依据共焦原理，从某位置待测表面反射的光谱的峰值波长即代表该位置的聚焦波长，从而形成波长与位置一对一的编码方式。实际上，一般都通过更高精度位移测量仪器的校准，获取波长与位置的关系曲线。测量时，根据反射光谱的波峰波长，从关系曲线反求得当前位置。通过两次位置的差，即为待测表面的位移。

目前常用的光谱共焦寻峰方法通常是直接对反射光谱进行寻峰，如最大值法、多项式拟合法、质心法、高斯拟合法等。这种方式简单易实现，但是对反射光谱的半峰宽度要求高，需要采用极小的探测孔径实现共焦，以获得尽可能窄的光谱，导致光电效率较低，信噪比差。

另外一些则将入射光的光谱作为参比光强光谱来计算反射率，进而对反射率寻峰，作为聚焦波长。具体的，有采用平面光镜面反射或者通过显微物镜聚焦后镜面反射两种模式。然而，这些方式虽然在一定程度考虑了光源强度不一致的因素，但是忽略了不同波长光线在传播路径中的透过率、透镜表面反射等差异，经过待测表面反射后，回到探测小孔的光线与经过色散测头的反射光并不存在可比性，比如小孔遮挡程度、强度等均存在改变，这样获得的参比光必然会影响聚焦波长的求解精度和适应性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光谱共焦轴向距离检测方法、装置及设备，能够降低因光源强度不一致、传播路径或光损耗差异等因素造成的检测误差，提升位移测量精度和普适性。

本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种光谱共焦轴向距离检测方法，包括以下步骤：

步骤1，驱动光谱共焦测头轴向扫描待测物体表面，比对各扫描位置的反射光谱信号，获取测量范围内每个光谱仪像素能够产生的最大光强，归为一组作为参比光强信号；

步骤2，获得噪声光谱信号；

步骤3，根据所述参比光强信号、所述噪声光谱信号和所述反射光谱信号，计算所述各扫描位置的色散反射率光谱；

步骤4，获取所述各扫描位置的色散反射率光谱的波峰对应的光谱仪像素序号值，建立所述待测物体表面相对所述光谱共焦测头的轴向距离与像素序号值的查找关系曲线；

步骤5，实时获得所述待测物体表面的色散反射率光谱，求所述色散反射率光谱波峰对应的像素序号值，将所述像素序号值代入所述查找关系曲线，获得所述待测物体表面相对测头的轴向距离。

进一步地，所述步骤3中求解各扫描位置的色散反射率光谱的公式为：η_k＝(I_k-I_noise)/(I_max-I_noise)，其中I_max为参比光强信号，I_noise为噪声光谱信号，I_k为反射光谱信号。