[发明专利]一种基于短量程扫描的光谱共焦测距方法、装置及设备

说明书

本发明公开了一种基于短量程扫描的光谱共焦测距方法、装置及设备，所述方法包括：建立测头的轴向距离和光谱仪像素序号之间的关系曲线；所述测头短量程扫描所述当前位置，获取实测参比光强信号；根据所述噪声光谱信号、所述反射光谱信号和所述实测参比光强信号，获得像素序号值，将所述像素序号值代入所述查找关系曲线，获得所述待测物体表面当前位置的轴向距离。本发明利用测头短量程扫描所述当前位置，实时获取最大参比光强信号，无需预先存储校准过程中的最大参比光强信号，提高了测量的精度。另外，由于不需要进行全量程扫描，仅需要覆盖当前位置的短量程扫描，并且对扫描装置无定位要求，降低了仪器的成本。

技术领域

本发明涉及光谱共焦位移测量技术领域，尤其是一种基于短量程扫描的光谱共焦测距方法、装置及设备。

背景技术

光谱共焦位移检测技术利用光学色散现象，将不同波长的光聚焦在不同的光轴位置，形成波长与轴向距离的一一对应关系。通过共焦光路设计，获得从待测表面反射并经过共轭小孔的光谱峰值波长，即可求解待测表面的轴向距离。

目前所有光谱共焦位移传感器均需要在仪器出厂前进行高精度的校准，并将轴向距离和聚焦波长之间的查找关系曲线保存在仪器的存储设备中。但是，由于校准过程中所采用的待测表面与真实测量中的待测表面并不完全相同，导致客户测量中产生一定误差，这也是个别产品需要客户提供待测样品以精确校准的原因。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术问题。为此，本发明的一个目的是提供一种可提高测量精度、减少测量误差的基于短量程扫描的光谱共焦测距方法、装置及设备。

本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种基于短量程扫描的光谱共焦测距方法，包括：

S1，建立测头的轴向距离和光谱仪像素序号之间的查找关系曲线；

S2：获取第二噪声光谱信号；

S3：所述测头检测待测物体表面，当所述待测物体表面进入光路的测量范围时，记录当前位置的反射光谱信号；

S4：所述测头短量程扫描所述当前位置，获取实测参比光强信号；

S5：根据所述噪声光谱信号、所述反射光谱信号和所述实测参比光强信号，获得所述当前位置的实时色散反射率光谱，利用寻峰算法获得该实时色散反射率光谱的波峰所对应的光谱仪像素序号值，将所述像素序号值代入所述查找关系曲线，获得所述待测物体表面当前位置的轴向距离。

进一步地，所述步骤S1包括子步骤：

S11，将任意可测物体表面固定于定位扫描机构，在测头的轴向测量范围内进行扫描，记录各扫描位置的轴向距离以及反射光谱信号，比对获取测量范围内每个光谱仪像素能够产生的最大光强，归为一组作为参比光强信号；

S12，获得第一噪声光谱信号；

S13，根据所述参比光强信号、所述噪声光谱信号和所述反射光谱信号，计算所述各扫描位置的色散反射率光谱；

S14，获取所述各扫描位置的色散反射率光谱的波峰对应的光谱仪像素序号值，建立测头的轴向距离和光谱仪像素序号之间的查找关系曲线。

进一步地，所述步骤S5，根据所述噪声光谱信号、所述反射光谱信号和所述实测参比光强信号，获得所述当前位置的实时色散反射率光谱的公式为：η_k＝(I_k-I_noise)/(I_max-I_noise)，其中I_max为实测参比光强信号，I_noise为噪声光谱信号，I_k为反射光谱信号。