[实用新型]一种线式扫描光谱共聚测量系统

说明书

本实用新型公开了一种线式扫描光谱共聚测量系统，包括照明模块、线色散模块、线谱接收模块和再成像模块；所述照明模块包括白光光源和聚光镜，提供可见光范围内的照明，通过聚光镜提高光能的利用率。该线式扫描光谱共聚测量系统，通过三个独立的线色散成像光路级联形成具有线视场的光谱共焦测量系统，即通过线视场分光成像、线光谱光复合、线视场再分光成像的过程，同时具有高空间分辨率和高光谱分辨率，一次拍照得到两维空间信息的探测，即狭缝线视场方向的空间分布，以及焦面不同位置的波长反映出的物体表面的高低信息，再通过一维推扫，形成三维空间分布实现3D形貌测量。三个色散成像光路可独立装调测试，简化了系统结构。

技术领域

本实用新型属于3D形貌检测技术领域，涉及一种线扫描光谱共聚焦测量系统。

背景技术

表面形貌检测是精密加工技术的重要组成部分。随着加工工艺水平的发展，对形貌检测的范围、精度及速率的要求越来越高。在现有的接触式和非接触式表面形貌检测方法中，白光干涉形貌测量和激光共聚焦测量等方法能够通过轴向层析来实现表面形貌的三维恢复，具有精度高、范围大等优势。然而，这些轴向扫描极其耗时，难以满足快速形貌恢复的需求。

光谱共聚焦技术可以解决现有的表面形貌检测方法中耗时这一问题，目前市面上最常见的为点光谱共聚焦位移传感器，白光光源发出的光经过针孔后形成点光源。点光源经过色散物镜后在光轴上形成了一系列连续分布的不同波长的聚焦光斑，不同波长的光斑对应于不同的深度。被测表面若处于某个波长的焦点处，其反射的能量在共焦的小孔处光斑尺寸小，能量分布较集中，因此通过针孔的光通量大。而其他波长处于离焦状态，光斑尺寸大，能量分布较分散，因此通过针孔的光通量小，当经过光谱仪色散并关采集数据进行分析，得到光通量最大处的波长值，进而得到被测物的位置。

点光谱共聚焦的优势就在于替代了系统机械结构的轴向移动，然后若要获取物体3D形貌需要系统在平面内完成二维移动，扫描时间会较长，获取信息的过程也会繁琐。本实用新型提出了线扫描光谱共聚焦测量系统，利用光谱信息替代机械结构的轴向移动，一维扫描可获取3D形貌信息，过程变得更快，同时优化了系统的结构，便于装调和测试，本实用新型提出在光学系统中利用棱镜-光栅组合来矫正谱线弯曲和色散的不均匀性，可提高测量精度。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种线式扫描光谱共聚测量系统，能够实现光谱良好线性度和小畸变，一维扫描实现物体的三维形貌信息等优点，解决了背景技术提出的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种线式扫描光谱共聚测量系统，包括照明模块、线色散模块、线谱接收模块和再成像模块，上述的线色散模块、线谱接收模块和再成像模块都是分光成像光路。

优选的，通过三个独立的线色散模块形成成像光路级联，形成具有线视场的光谱共焦测量系统。

优选的，所述线色散模块包括狭缝一、准直镜一、分光元件一和成像镜一，且狭缝一、准直镜一、分光元件一和成像镜一依次从高到低向下分布，将通过狭缝一形成的线视场光束进行准直然后产生分光，并成像在距最后一个镜片一定距离的位置，在此处形成具有轴向分量的线状光束色散，狭缝一不同波长的色散像可分布不同的高低位置。

优选的，所述线谱接收模块包括成像镜二、分光元件二、准直镜二和狭缝二，所述成像镜二、分光元件二、准直镜二和狭缝二依次从低到高向上分布，所述线谱接收模块相对于线色散模块左右对称，元件顺序相反，负责接收不同高低位置不同波长的反射或散射光束，依次完成光束的收光、合光、聚光，最终汇聚于狭缝二处，进入下一模块。

优选的，所述再成像模块，包括准直镜三、分光元件三、成像镜三和面阵探测器，可采用常用成像光谱仪相同的光路结构。

(三)有益效果

与现有技术对比，本实用新型具备以下有益效果：