[发明专利]一种高速低成本光谱共焦位移测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种高速低成本光谱共焦位移测量方法及装置，装置包括控制器、照明模块、Y型光纤、探测模块、色散镜头、待测元件、标定模块；照明模块电动控制多组LED，提供覆盖全部可见光波段的光源；光源耦合入Y型光纤，出射光进入色散镜头被聚焦至待测元件表面，波长不同时聚焦光点位置不同，待测元件表面反射光返回Y型光纤；探测模块测量待测元件表面上时反射光光强；标定模块用于标定色散镜头位置与探测模块模拟电压信号之间的关系；控制器根据不同LED照明时的光强数据计算聚焦光点波长及其对应的待测元件表面位置信息。本发明通过使用多波长光源照明及高速点探测器方法，克服了传统光谱共焦技术使用光谱仪速度慢且成本高的缺陷。

技术领域

本发明属于测试计量技术领域，具体涉及一种高速低成本光谱共焦位移测量方法及装置。

背景技术

高速高精度位移测量是精密移动及定位的核心技术。目前已开发了多种精密位移测量技术，比如电容、电感等电学方法，干涉法、共焦扫描法、三角法、白光干涉法等光学方法。电学方法一般量程较大但精度偏低，相比之下，光学方法精度更高，对表面要求更低，在高精度测量中应用更广，其中干涉法使用相干光照明，测量位移所引起的相位变化，具有极高的精度及分辨率，但易受到外部振动的影响，对环境要求较高。共焦扫描法通过轴向扫描测量光强可获得极高的轴向分辨率，但效率较低。白光干涉法使用低相干光照明，轴向分辨率较高，但同样需要扫描，效率较低。三角法测量位移对光点位置的影响，结构简单，体积较大。

近年来，光谱共焦技术获得了广泛关注，通过引入轴向色差，该技术将位移信息包含在反射光谱中，进一步采用光谱仪进行测量分析，可获得高精度高分辨位移信息。但由于使用光谱仪，该技术成本较高，且测量速度相对较低，亟需降低成本，提高测量效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种高速低成本光谱共焦位移测量方法及装置，可进行物体三维面形非接触测量、精密定位，避免使用光谱仪，适用于位移的的准确、高效测量，在精密定位及三维面形测量中有广阔的应用前景。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种高速低成本光谱共焦位移测量装置，其特征在于，包括：控制器、照明模块、Y型光纤、探测模块、色散镜头、待测元件、标定模块；

所述照明模块电动控制多组LED，提供覆盖全部可见光波段的光源；

所述光源耦合入所述Y型光纤，出射光进入所述色散镜头被聚焦至待测元件表面，波长不同时聚焦光点位置不同，待测元件表面反射光返回Y型光纤；

所述探测模块测量待测元件表面上时反射光光强，当聚焦光点位于待测元件表面上时反射光最强；

所述标定模块，用于标定色散镜头位置与探测模块模拟电压信号之间的关系；

所述控制器，根据不同LED照明时的光强数据计算聚焦光点波长及其对应的待测元件表面位置信息。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的控制器包括微处理器、光源驱动模块、模数转换模块、步进电机驱动器、光栅尺读数模块；

所述光源驱动模块使用多路独立高速固态继电器，驱动照明模块的LED照明；

所述模数转换模块将探测模块的模拟电压信号转化为数字信号；

所述步进电机驱动器用于驱动闭环步进电机，闭环步进电机驱动标定模块的电动平移台；

所述光栅尺读数模块读取标定模块的光栅尺TTL信号，将其转化为位移信息；

所述微处理器提供各控制信号及运算功能。

上述的照明模块包括多个不同波长高速LED及毛玻璃，覆盖可见光波长，每个LED可独立控制开关，各LED均聚焦至所述毛玻璃同一位置。