[发明专利]一种光谱共焦测量系统的标定装置及标定方法

权利要求书

1.一种光谱共焦测量系统的标定方法，是基于一种光谱共焦测量系统的标定装置，该装置包括：光源组件(10)、光谱信号色散组件(20)、光谱信号接收组件(30)；所述标定装还置包括：精密线性位移台(40)、待测物(50)、Y型光纤耦合器(60)、控制器(70)；

所述Y型光纤耦合器(60)的光束入射端(601)和光束接收端(603)分别与所述光源组件(10)和所述光谱信号接收组件(30)相连，所述Y型光纤耦合器(60)的光束反射端(602)与所述光谱信号色散组件(20)相连；

所述待测物(50)放置在所述精密线性位移台(40)上，且所述待测物的表面(50)朝向所述光谱信号色散组件(20)，并与所述光谱信号色散组件(20)的色散光束(80)的光轴垂直；

所述控制器(70)分别与所述光源组件(10)和光谱信号接收组件(30)电连接；

所述光源组件(10)包括：白光LED光源(101)、LED准直透镜(102)和光纤聚焦镜(103)；

所述LED准直透镜(102)将所述白光LED光源(101)射出的光束准直后射入所述光纤聚焦镜(103)，再经过所述光纤聚焦镜(103)的聚焦后进入Y型光纤耦合器(60)的光束入射端(601)；进入所述光束入射端(601)的光束经所述Y型光纤耦合器(60)的器件耦合部分(604)传输至所述Y型光纤耦合器(60)的光束反射端(602)；

所述光谱信号色散组件(20)包括：负透镜(201)、正透镜(202)、准直镜组(203)、衍射透镜(204)；

所述Y型光纤耦合器(60)的光束反射端(602)的光束依次经过所述负透镜(201)、正透镜(202)、准直镜组(203)、衍射透镜(204)后色散至所述待测物(50)的表面，所述待测物(50)表面的色散光束(80)以相反的方向再次通过所述色散组件(20)后，经由所述Y型光纤耦合器(60)的光束反射端(602)传输至所述Y型光纤耦合器(60)的器件耦合部分(604)，再传输至所述Y型光纤耦合器(60)的光束接收端(603)；

所述光谱信号接收组件(30)包括：准直镜组(301)、衍射光栅(302)、聚焦透镜组(303)和线阵CCD相机(304)；

所述Y型光纤耦合器(60)的光束接收端(603)的光束依次经过所述准直镜组(301)、衍射光栅(302)、聚焦透镜组(303)后进入所述线阵CCD相机(304)，由所述线阵CCD相机(604)获得光谱信号后传输给所述控制器(70)，所述控制器(70)将获取的光谱信号传输至上位机；其特征在于，该标定方法是按如下步骤进行：

S1、移动所述精密线性位移台(40)，使所述待测物(50)不在所述光谱信号色散组件(20)的色散范围内，利用所述线阵CCD相机(604)获取暗背景信号λ_d；

S2、重复步骤S1，采集多组暗背景信号并做平均处理，得到暗背景信号的均值

S3、通过所述控制器(70)点亮所述白光LED光源(101)，利用所述线阵CCD相机(604)获取亮背景信号λ_h；

S4、重复步骤S3，采集多组亮背景信号并做平均处理，得到亮背景信号的均值

S5、将亮背景信号的均值减去暗背景信号的均值得到光源的光谱信号，并记作

S6、根据光源的光谱信号，利用式(1)计算出光源光谱信号的归一化系数x^*：

式(1)中，max(·)表示取最大值函数；

S7、移动所述精密线性位移台(40)，使所述待测物(50)处于所述光谱信号色散组件(20)的色散范围的起始位置，并以等间距d移动所述精密线性位移台(40)m次，记录每次等间距移动过程中所述精密线性位移台(40)的位移数据D＝{D_j|j＝0,1,2,…,m-1}以及所述线阵CCD相机(604)获取待测物(50)表面的原始光谱曲线λ＝{λ_j|j＝0,1,2,…,m-1}；其中，D_j表示第j次的位移数据；λ_j表示第j次获取的原始光谱曲线；

S8、根据光源光谱信号的归一化系数x^*对待测物(50)表面的原始光谱曲线λ进行修正，得到修正后的光谱曲线其中，λ′_j表示第j条修正后的光谱曲线；

S9、对第j条修正后的光谱曲线λ′_j进行寻峰处理，得到第j条修正后的光谱曲线λ′_j的峰值波长数据并与对应的第j次的位移数据D_j组成第j组波长位移数据从而得到m组波长位移数据

S10、建立如式(2)所示的峰值波长与位移的定标曲线D：

式(2)中，c₀，c₁，c₂，…，c_n为拟合曲线的多项式系数记作C，表示波长的第n次多项式；

S11、建立如式(3)所示的拟合误差函数Δ：

式(3)中，D_j表示第j次的位移数据,表示第j个峰值波长数据；

S12、当拟合的确定系数R²大于所设定的阈值δ且拟合误差函数Δ小于所设定的阈值ε时，则表示所述拟合的多项式定标曲线D满足系统测量精度要求。