本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)的在線(xiàn)標(biāo)定。

背景技術(shù)：

光譜共焦法是一種基于波長(zhǎng)位移調(diào)制的非接觸式微位移測(cè)量方法，具有測(cè)量精度高，速度快，對(duì)被測(cè)表面的紋理、傾斜等因素不敏感，對(duì)材料無(wú)特殊要求等優(yōu)點(diǎn)，在微位移測(cè)量、物體表面三維形貌測(cè)量等方面具有重要的應(yīng)用。

光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)通常在出廠(chǎng)時(shí)會(huì)進(jìn)行精密標(biāo)定，然而由于在不同使用環(huán)境下，環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度的變化等，將使光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)中色散物鏡的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使色散物鏡的色散關(guān)系發(fā)生變化，因此，在工作環(huán)境下進(jìn)行光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)的在線(xiàn)標(biāo)定是實(shí)現(xiàn)光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)高精度測(cè)量的重要保證。

本發(fā)明給出一種光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定裝置與方法，通過(guò)旋轉(zhuǎn)濾光片獲得多個(gè)單色光，通過(guò)位移傳感器獲得不同單色光下被測(cè)物的位移大小，再通過(guò)最小二乘法進(jìn)行波長(zhǎng)和位移關(guān)系的線(xiàn)性擬合，獲得當(dāng)前環(huán)境下光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)波長(zhǎng)和位移的線(xiàn)性關(guān)系式，從而實(shí)現(xiàn)不同使用環(huán)境下光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)的快速在線(xiàn)標(biāo)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定裝置，其特征在于，該裝置包括白光寬光譜光源(10)、可旋轉(zhuǎn)的濾光片(20)、雙分支光纖(30)、光纖出射光束(301)、色散物鏡(40)、色散物鏡出射光束(401)、待測(cè)物(50)、位移傳感器(60)、光譜儀(70)和計(jì)算機(jī)(80)；其中，白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束經(jīng)濾光片(20)后進(jìn)入雙分支光纖(30)的第一分支端耦合入雙分支光纖(30)，經(jīng)雙分支光纖(30)總端傳輸后得到光纖出射光束(301)，光纖出射光束(301)經(jīng)色散物鏡(40)后得到色散物鏡出射光束(401)，色散物鏡出射光束(401)被待測(cè)物(50)反射后經(jīng)色散物鏡(40)、雙分支光纖(30)總端、雙分支光纖(30)的第二分支端進(jìn)入光譜儀(70)。

優(yōu)選地，所述濾光片(20)包括第一單色濾光片(201)、第二單色濾光片(202)、第三單色濾光片(203)、第四單色濾光片(204)、第五單色濾光片(205)、第六單色濾光片(206)、第七單色濾光片(207)和帶通濾光片(208)，第一單色濾光片(201)、第二單色濾光片(202)、第三單色濾光片(203)、第四單色濾光片(204)、第五單色濾光片(205)、第六單色濾光片(206)、第七單色濾光片(207)和帶通濾光片(208)通過(guò)濾光片輪(209)固定，且可繞濾光片輪(209)的中心軸(200)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，當(dāng)白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束經(jīng)所述濾光片(20)的帶通濾光片(208)后，得到波長(zhǎng)范圍為λmin到λmax的連續(xù)白光光譜，該光譜范圍即為色散物鏡(40)的工作波長(zhǎng)范圍。

優(yōu)選地，當(dāng)白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束經(jīng)所述濾光片(20)的第一單色濾光片(201)、第二單色濾光片(202)、第三單色濾光片(203)、第四單色濾光片(204)、第五單色濾光片(205)、第六單色濾光片(206)和第七單色濾光片(207)后，得到波長(zhǎng)分別為λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7的單色光，各波長(zhǎng)滿(mǎn)足如下關(guān)系

λmin＜λ1＜λ2＜λ3＜λ4＜λ5＜λ6＜λ7＜λmax(1)

優(yōu)選地，當(dāng)波長(zhǎng)分別為λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7的單色光通過(guò)色散物鏡(40)后，在色散物鏡(40)像方不同位置處聚焦，通過(guò)位移傳感器(60)測(cè)得在波長(zhǎng)λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7下，被測(cè)物(50)的位移分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6和d7，它們之間的關(guān)系為

通過(guò)最小二乘法求得a和b的值，從而建立了被測(cè)物(50)的位移d和波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系

d＝a+bλ(3)

一種光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定方法，其采用上述的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定裝置實(shí)現(xiàn)，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

s1、轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片(20)的濾光片輪(209)，讓白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束通過(guò)第一單色濾光片(201)，得到波長(zhǎng)為λ1的單色光；

s2、通過(guò)位移傳感器(60)獲得波長(zhǎng)λ1下被測(cè)物(50)的位移d1；

s3、重復(fù)步驟s1～s2，通過(guò)第二單色濾光片(202)、第三單色濾光片(203)、第四單色濾光片(204)、第五單色濾光片(205)、第六單色濾光片(206)和第七單色濾光片(207)分別獲得單色光λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7，各波長(zhǎng)滿(mǎn)足如下關(guān)系

λmin＜λ1＜λ2＜λ3＜λ4＜λ5＜λ6＜λ7＜λmax(1)

當(dāng)波長(zhǎng)分別為λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7的單色光通過(guò)色散物鏡(40)后，在色散物鏡(40)像方不同位置處聚焦，通過(guò)位移傳感器(60)測(cè)得在波長(zhǎng)λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7下，被測(cè)物(50)在這些波長(zhǎng)下的位移d2、d3、d4、d5、d6和d7；

s4、根據(jù)(λ1，d1)、(λ2，d2)、(λ3，d3)、(λ4，d4)、(λ5，d5)、(λ6，d6)和(λ7，d7)七組數(shù)據(jù)，它們之間的關(guān)系為

通過(guò)最小二乘法進(jìn)行線(xiàn)性擬合，得到擬合系數(shù)a和b的值，從而得到光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)波長(zhǎng)和位移的線(xiàn)性關(guān)系式dλ＝a+bλ；

s5、完成光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定，轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片(20)的濾光片輪(209)，讓白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束通過(guò)帶通濾光片(208)，得到波長(zhǎng)范圍為λmin到λmax的連續(xù)白光光譜，光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)正常工作。

本發(fā)明提供的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定裝置與方法，可以實(shí)現(xiàn)不同使用環(huán)境下光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)的快速在線(xiàn)標(biāo)定。通過(guò)旋轉(zhuǎn)濾光片獲得多個(gè)單色光，通過(guò)位移傳感器獲得不同單色光下被測(cè)物的位移大小，再通過(guò)最小二乘法進(jìn)行波長(zhǎng)和位移關(guān)系的線(xiàn)性擬合，獲得當(dāng)前環(huán)境下光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)波長(zhǎng)和位移的線(xiàn)性關(guān)系式，從而避免了因環(huán)境參數(shù)變化對(duì)光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的影響。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定裝置示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的濾光片的組成及結(jié)構(gòu)圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定方法流程圖；

其中，微位移裝置包括：10、白光寬光譜光源，20、濾光片，30、雙分支光纖，301、光纖出射光束，40、色散物鏡，401、色散物鏡出射光束，50、待測(cè)物，60、位移傳感器，70、光譜儀，80、計(jì)算機(jī)。

濾光片20包括：200、濾光片輪轉(zhuǎn)軸，201、第一單色濾光片，202、第二單色濾光片，203、第三單色濾光片，204、第四單色濾光片，205、第五單色濾光片，206、第六單色濾光片，207、第七單色濾光片，208、帶通濾光片，209、濾光片輪。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了能夠更透徹地理解本發(fā)明，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

如圖1所示，本發(fā)明所述的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定裝置示意圖，包括白光寬光譜光源(10)、濾光片(20)、雙分支光纖(30)、光纖出射光束(301)、色散物鏡(40)、色散物鏡出射光束(401)、待測(cè)物(50)、位移傳感器(60)、光譜儀(70)和計(jì)算機(jī)(80)。

白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束經(jīng)濾光片(20)后進(jìn)入雙分支光纖(30)的第一分支端耦合入雙分支光纖(30)，經(jīng)雙分支光纖(30)總端傳輸后得到光纖出射光束(301)，光纖出射光束(301)經(jīng)色散物鏡(40)后得到色散物鏡出射光束(401)，色散物鏡出射光束(401)被待測(cè)物(50)反射后經(jīng)色散物鏡(40)、雙分支光纖(30)總端、雙分支光纖(30)的第二分支端進(jìn)入光譜儀(70)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)濾光片(20)得到多個(gè)波長(zhǎng)，通過(guò)位移傳感器(60)測(cè)得該波長(zhǎng)下被測(cè)物(50)的位移，通過(guò)最小二乘法對(duì)被測(cè)物(50)的位移和波長(zhǎng)之間的關(guān)系進(jìn)行線(xiàn)性擬合，得到光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)波長(zhǎng)和位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

如圖2所示，為所述濾光片的組成及結(jié)構(gòu)圖，所述濾光片(20)包括第一單色濾光片(201)、第二單色濾光片(202)、第三單色濾光片(203)、第四單色濾光片(204)、第五單色濾光片(205)、第六單色濾光片(206)、第七單色濾光片(207)和帶通濾光片(208)，第一單色濾光片(201)、第二單色濾光片(202)、第三單色濾光片(203)、第四單色濾光片(204)、第五單色濾光片(205)、第六單色濾光片(206)、第七單色濾光片(207)和帶通濾光片(208)通過(guò)濾光片輪(209)固定，且可繞濾光片輪(209)的中心軸(200)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束經(jīng)上述濾光片(20)的帶通濾光片(208)后，得到波長(zhǎng)范圍為λmin到λmax的連續(xù)白光光譜，該光譜范圍即為色散物鏡(40)的工作波長(zhǎng)范圍。

當(dāng)白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束經(jīng)上述濾光片(20)的第一單色濾光片(201)、第二單色濾光片(202)、第三單色濾光片(203)、第四單色濾光片(204)、第五單色濾光片(205)、第六單色濾光片(206)和第七單色濾光片(207)后，得到波長(zhǎng)分別為λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7的單色光，各波長(zhǎng)滿(mǎn)足如下關(guān)系

λmin＜λ1＜λ2＜λ3＜λ4＜λ5＜λ6＜λ7＜λmax(1)

當(dāng)波長(zhǎng)分別為λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7的單色光通過(guò)色散物鏡(40)后，在色散物鏡(40)像方不同位置處聚焦，通過(guò)位移傳感器(60)測(cè)得在波長(zhǎng)λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7下，被測(cè)物(50)的位移分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6和d7，它們之間的關(guān)系為

通過(guò)最小二乘法求得a和b的值，從而建立了被測(cè)物(50)的位移d和波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系

d＝a+bλ(3)

如圖3所示，為本發(fā)明所述的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定方法流程圖，當(dāng)采用上述光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定裝置進(jìn)行光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定時(shí)，光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定方法包括如下步驟：

s1、轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片(20)的濾光片輪(209)，讓白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束通過(guò)第一單色濾光片(201)，得到波長(zhǎng)為λ1的單色光；

s2、通過(guò)位移傳感器(60)獲得波長(zhǎng)λ1下被測(cè)物(50)的位移d1；

s3、重復(fù)步驟s1～s2，通過(guò)第二單色濾光片(202)、第三單色濾光片(203)、第四單色濾光片(204)、第五單色濾光片(205)、第六單色濾光片(206)和第七單色濾光片(207)分別獲得單色光λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7，各波長(zhǎng)滿(mǎn)足如下關(guān)系

λmin＜λ1＜λ2＜λ3＜λ4＜λ5＜λ6＜λ7＜λmax(1)

當(dāng)波長(zhǎng)分別為λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7的單色光通過(guò)色散物鏡(40)后，在色散物鏡(40)像方不同位置處聚焦，通過(guò)位移傳感器(60)測(cè)得在波長(zhǎng)λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7下，被測(cè)物(50)在這些波長(zhǎng)下的位移d2、d3、d4、d5、d6和d7；

s4、根據(jù)(λ1，d1)、(λ2，d2)、(λ3，d3)、(λ4，d4)、(λ5，d5)、(λ6，d6)和(λ7，d7)七組數(shù)據(jù)，它們之間的關(guān)系為

通過(guò)最小二乘法進(jìn)行線(xiàn)性擬合，得到擬合系數(shù)a和b的值，從而得到光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)波長(zhǎng)和位移的線(xiàn)性關(guān)系式dλ＝a+bλ；

s5、完成光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)在線(xiàn)標(biāo)定，轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片(20)的濾光片輪(209)，讓白光寬光譜光源(10)發(fā)出的寬光譜白光光束通過(guò)帶通濾光片(208)，得到波長(zhǎng)范圍為λmin到λmax的連續(xù)白光光譜，光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)可以正常工作。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。