[发明专利]一种用于大范围测量的光谱共焦测量系统及方法

权利要求书

1.一种用于大范围测量的光谱共焦测量系统，包括光源组件、光谱共焦测量组件和信号接收组件，其特征在于，还包括与所述光源组件和信号接收组件电连接的处理器；

所述光源组件包括宽光谱光源和与所述处理器电连接的可调谐滤光器，所述可调谐滤光器对宽光谱光源所发出的光束进行过滤得到特定波长范围的光束；所述的光源组件还包括一准直透镜，所述准直透镜将经可调谐滤光器得到的光束准直出射至光谱共焦测量组件；

所述光谱共焦测量组件包括分光镜和色散物镜组，特定波长范围的光束依次透过分光镜和色散物镜组到达待测物体表面，待测物体表面反射回的光束经分光镜反射至信号接收组件；

所述信号接收组件包括与所述处理器电连接的CCD相机，所述CCD相机在分光镜的反射光焦点处取像，获得图像信息并传输给处理器，所述处理器通过计算图像光谱得到波长信息，并根据波长信息调节可调谐滤光器输出窄带光，同时利用波长与轴向距离的线性关系得到对应波长的位置信息；所述的信号接收组件还包括一将所述分光镜反射的光束进行聚焦的聚焦透镜，所述的CCD相机设置于该聚焦透镜的焦点处；

光束依次透过分光镜和色散透镜组到达待测物体表面，待测物体表面反射回的光束经分光镜反射至CCD相机进行第一次测量，CCD相机将图像信息传输给处理器，经处理得到光强为峰值时的波长λ；打开可调谐滤光器，取谱线FWHM的1/2为Δλ，得到峰值波长范围为(λ-Δλ，λ+Δλ)；控制可调谐滤光器两端的电压，使得宽光谱光源的光束经可调谐滤光器后出射的窄带光源光束的中心波长在以上峰值波长范围内递增；测量得到一组随出射光中心波长变化的峰值波长λ′₀，λ′₁，λ′₂…，均值处理得到最终的峰值波长λ′；根据波长与待测物体表面轴向距离的线性关系，再利用经待测物体表面反射后的光谱信息得到相应的位置信息，从而得到待测物体的高度或厚度。

2.根据权利要求1所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：

所述的宽光谱光源为卤素灯光源。

3.根据权利要求1所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：

所述的宽光谱光源为激光驱动宽光谱光源。

4.一种用于大范围测量的光谱共焦测量方法，基于权利要求1至3任一权利要求所述的光谱共焦测量装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

1)打开宽光谱光源，光束依次透过分光镜和色散透镜组到达待测物体表面，待测物体表面反射回的光束经分光镜反射至CCD相机进行第一次测量，CCD相机将图像信息传输给处理器，经处理得到光强为峰值时的波长λ；

2)打开可调谐滤光器，取谱线FWHM的1/2为Δλ，根据步骤1)得到的波长λ，得到峰值波长范围为(λ-Δλ，λ+Δλ)；

3)控制可调谐滤光器两端的电压，使得宽光谱光源的光束经可调谐滤光器后出射的窄带光源光束的中心波长在以上峰值波长范围内递增；

4)采用步骤1)的方法测量得到一组随出射光中心波长变化的峰值波长λ′₀，λ′₁，λ′₂…，均值处理得到最终的峰值波长λ′；

5)判断第一次测量得到的峰值波长数据中是否还有数据未处理，若有，重复步骤2)和步骤3)，若数据已全部处理完，则关闭可调谐滤光器，使得光源系统出射宽光谱光源；

6)根据波长与待测物体表面轴向距离的线性关系，再利用经待测物体表面反射后的光谱信息得到相应的位置信息，从而得到待测物体的高度或厚度。