一种光谱共焦测量系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种光谱共焦测量系统，采用线光源进行光谱共焦测量，使用色散透镜组对线光源进行成像，一次性获得一条共焦线上所有点的位置信息和高度信息，只需要再进行一维的扫描就可获得整个被测物体表面的位置和高度信息，从而实现高精度的快速物体表面位置和高度的测量。并且本实施例中利用了光路可逆原理，使用共轴系统，让光线从被测物体反射回色散透镜组，再次聚焦进入光谱仪进行数据分析，其中的色散透镜组被重复利用，有效的减少了成本和系统体积，因此本实用新型专利技术具有高效率和低成本的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱共焦测量系统
本技术涉及高精度测量
，尤其涉及的是一种光谱共焦测量系统。
技术介绍
非接触式的光谱共焦技术是近年来出现的一种高精度的新型测量技术，其原理是利用波长信息测量距离，由光源射出的一束宽光谱的复色光(一般使用白光)，通过色散透镜组产生色散，形成不同波长的单色光，每一个波长的焦点都对应一个距离值。测量光照射到物体表面被反射回来，只有满足共焦条件的单色光可以通过小孔或狭缝被光谱仪感测到，通过计算被感测到的焦点的波长，换算获得距离值。由于光谱共焦测量技术精度高，测量速度快，实时性高，能适用于不同的环境，使其迅速成为当前研究的热点。目前的物体表面轮廓和形状检测仪采用单点光谱共焦位移传感器，这种技术方案一次只能得到一个物点的高度信息。如要获得整个面上的位置和高度信息则需要在两个方向上扫描，导致采样效率低，而且长时间的扫描带来测量精度的不稳定；并且光源从色散透镜组反射回来的杂光会进入数据分析系统，即背景噪声较强，从而降低系统的分辨率；因此传统的光谱共焦系统存在着信噪比较低、采样效率低的缺陷。因此，现有技术有待于进一步的改进。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中的不足之处，本技术提供了一种光谱共焦测量系统，克服现有技术中单点光谱共焦位移传感器所存在的采样效率低的缺陷。本实施例公开了一种光谱共焦测量系统，其中，包括：宽光谱线光源、分光镜、色散透镜组、滤光器、聚焦透镜组、线光谱仪和处理器；所述宽光谱线光源，用于输出线型宽光谱光束；所述分光镜，用于透射出所述线型宽光谱光束中的部分光线，输出透射光束；所述色散透镜组，用于接收所述分光镜透射出的透射光束，并将所述透射光束色散，不同波长的光聚焦到不同的高度；当被测物体表面位于色散透镜组的色散聚焦范围内时，色散透镜组接收所述被测物体表面反射回的反射光束，并将所述反射光束透射到所述分光镜；所述分光镜，还用于接收所述色散透镜组透射的反射光束，并将所述反射光束反射至滤光器；所述滤光器，用于接收所述分光镜反射出的反射光束，并过滤出目标波长范围的反射光束；聚焦透镜组，用于接收所述滤光器过滤出的反射光束，并将所述反射光束聚焦到线光谱仪上；所述线光谱仪，用于接收反射光束，获取所述反射光束的光谱信息和共焦线上不同点的位置信息，并将获取的所述光谱信息和共焦线上不同点的位置信息传输至处理器；所述处理器，用于根据所述光谱信息和共焦线上不同点的位置信息得到被测量物体表面的位置信息和高度信息。可选的，所述滤光器设置在所述分光镜的一侧，所述分光镜的另一侧设置有吸光部件，所述吸光部件用于吸收入射到其表面上的反射光线。所述吸光部件用于吸收反射到其表面上的光线。可选的，所述宽光谱线光源包括：多个光纤组、连接在各个所述光纤组一端的多个光纤分集束器和连接在各个所述光纤组另一端的一个光纤总集束器，各个光纤分集束器的一端对应连接有一个LED灯组，各个LED灯组发出的光为宽光谱复色光。可选的，每个光纤组内设置至少一个光纤，各个光纤组中的光纤在光纤总集束器中交错排列，并且所述各个LED灯组中的LED灯发出的光为宽光谱复色光。可选的，各个光纤组内若干个光纤在光纤分集束器中的排列方式为线型排列、方阵排列或圆形阵列。可选的，所述宽光谱线光源包括：多个表面上涂覆有荧光粉层的线型LED晶圆。可选的，所述宽光谱线光源还包括：基板和柱面镜；所述线型LED晶圆设置在所述基板上，并且所述线型LED晶圆激发所述荧光层发出的光束入射至所述柱面镜，形成线型宽光谱光束。可选的，所述宽光谱线光源为发出线型激光的激光器，以及设置在所述激光器前方的荧光板，所述激光器发出的线型激光照射到所述荧光板上得到线型宽光谱光束。与现有技术相比，本技术实施例具有以下优点：根据本技术实施方式提供的测量系统，采用线光源进行光谱共焦测量，一次性获得了一条共焦线上所有点的位置信息和高度信息，只需要再进行一维的扫描就可获得整个被测物体表面的位置和高度信息，从而实现高精度的快速轮廓测量。并且本实施例中利用了光路可逆原理，使用共轴系统，让光线从被测物体反射回色散透镜组，再次聚焦进入光谱仪进行数据分析，其中的色散透镜组被重复利用，有效的减少了成本，因此本技术具有高效率和低成本的特点。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例中一种光谱共焦测量系统的结构示意图；图2是本技术实施例中分光镜的结构示意图；图3是本技术实施例中线光源第一实施方式的结构示意图；图4a是所述线光源第一实施方式中的光纤在光纤分集束器方阵排布示意图；图4b是所述线光源第一实施方式中的光纤在光纤分集束器圆形排列示意图；图4c是所述线光源第一实施方式中的光纤在光纤分集束器中线型排列示意图；图5是本技术实施例中线光源第二实施方式的结构示意图；图6是本技术实施例中线光源第三实施方式的结构示意图；图7是本技术实施例中滤光器过滤反射光束的原理示意图；图8是本技术实施例中光谱共焦测量系统中光路示意图；图9是本技术实施例中光谱共焦测量方法的步骤流程图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，并不用于限定本技术。专利技术人发现现有技术中使用的光谱共焦技术均是使用点光源实现物体单个点高度的测量，基于点实现一条线或一个面的测量，需要花费大量的时间，因此测量效率低，故此本技术提供了一种基于宽光谱线光源的光谱共焦测量系统。线光谱共焦系统的原理如图1，基于光谱共焦技术的光谱共焦测量系统使用光源照射到被测物体表面，由光谱仪等探测反射回来的光谱信息，确定聚焦在物体表面的峰值波长，从而获得被测物体表面的轴向距离信息。光线从宽光谱线光源1发出，经过分光镜2进入色散透镜组3，色散透镜组3使用不同材料的镜片组合，使复色光发生轴向色散。不同波长的光被色散透镜组聚焦在轴向的不同高度上，在光轴上形成连续的，且到色散透镜组的距离互不相同的单色光共焦线，从而建立起波长与轴向距离的对应关系。根据光路可逆原理，光线在经被测物体表面反射后回到色散透镜组3，经分光镜2反射聚焦到滤光器4。透过滤光器4的光经聚焦透镜组聚焦后进入线光谱仪。线光谱仪内部设置有面阵CCD或者COMS探测器，处理器从面阵CCD或者COMS探测器的X方向得到的光谱信息，从而得到被测物体相应的高度信息；处理器从面阵CCD或者COMS探测器的Y方向得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱共焦测量系统，其特征在于，包括：宽光谱线光源、分光镜、色散透镜组、滤光器、聚焦透镜组、线光谱仪和处理器；/n所述宽光谱线光源，用于输出线型宽光谱光束；/n所述分光镜，用于透射出所述线型宽光谱光束中的部分光线，输出透射光束；/n所述色散透镜组，用于接收所述分光镜透射出的透射光束，并将所述透射光束色散，不同波长的光聚焦到不同的高度；当被测物体表面位于色散透镜组的色散聚焦范围内时，色散透镜组接收所述被测物体表面反射回的反射光束，并将所述反射光束透射到所述分光镜；/n所述分光镜，还用于接收所述色散透镜组透射的反射光束，并将所述反射光束反射至滤光器；/n所述滤光器，用于接收所述分光镜反射出的反射光束，并过滤出目标波长范围的反射光束；/n聚焦透镜组，用于接收所述滤光器过滤出的反射光束，并将所述反射光束聚焦到线光谱仪上；/n所述线光谱仪，用于接收反射光束，获取所述反射光束的光谱信息和共焦线上不同点的位置信息，并将获取的所述光谱信息和共焦线上不同点的位置信息传输至处理器；/n所述处理器，用于根据所述光谱信息和共焦线上不同点的位置信息得到被测量物体的位置信息和高度信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种光谱共焦测量系统，其特征在于，包括：宽光谱线光源、分光镜、色散透镜组、滤光器、聚焦透镜组、线光谱仪和处理器；
所述宽光谱线光源，用于输出线型宽光谱光束；
所述分光镜，用于透射出所述线型宽光谱光束中的部分光线，输出透射光束；
所述色散透镜组，用于接收所述分光镜透射出的透射光束，并将所述透射光束色散，不同波长的光聚焦到不同的高度；当被测物体表面位于色散透镜组的色散聚焦范围内时，色散透镜组接收所述被测物体表面反射回的反射光束，并将所述反射光束透射到所述分光镜；
所述分光镜，还用于接收所述色散透镜组透射的反射光束，并将所述反射光束反射至滤光器；
所述滤光器，用于接收所述分光镜反射出的反射光束，并过滤出目标波长范围的反射光束；
聚焦透镜组，用于接收所述滤光器过滤出的反射光束，并将所述反射光束聚焦到线光谱仪上；
所述线光谱仪，用于接收反射光束，获取所述反射光束的光谱信息和共焦线上不同点的位置信息，并将获取的所述光谱信息和共焦线上不同点的位置信息传输至处理器；
所述处理器，用于根据所述光谱信息和共焦线上不同点的位置信息得到被测量物体的位置信息和高度信息。


2.根据权利要求1所述的光谱共焦测量系统，其特征在于，所述滤光器设置在所述分光镜的一侧，所述分光镜的另一侧设置有吸光部件，所述吸光部件用于吸收入射到其表面上的反射光线。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄凯，王国安，郑泽鹏，黄碧华，周飞，吴伟锋，孙久春，
申请(专利权)人：海伯森技术深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44