[发明专利]光谱共焦测头波长与位移映射关系标定装置及拟合方法

权利要求书

1.一种光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，包括激光干涉测长部分、一维精密运动平台(9)、同轴固定装置和光谱共焦测头(7)，其特征在于：所述激光干涉测长部分包括双频激光干涉仪激光头(1)、分光镜(4)和两个反射镜，激光干涉测长部分连接环境补偿单元，其中，双频激光干涉仪激光头(1)发出激光的一侧依次放置分光镜(4)、第二反射镜(5)、平面镜(6)和光谱共焦测头(7)，第一反射镜(3)置于分光镜(4)顶部，第二反射镜(5)的反射面朝向分光镜(4)一侧；

所述同轴固定装置包括平面镜与反射镜固定块(2)和用于放置光谱共焦测头(7)的测头固定块(8)，平面镜与反射镜固定块(2)放置于第二反射镜(5)和平面镜(6)之间。

2.根据权利要求1所述的光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，其特征在于：所述平面镜与反射镜固定块(2)置于一维精密运动平台(9)上，平面镜与反射镜固定块(2)呈中空结构。

3.根据权利要求1所述的光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，其特征在于：所述测头固定块(8)固定于支座(10)顶部，测头固定块(8)呈中空结构。

4.根据权利要求1所述的光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，其特征在于：所述第一反射镜(3)的反射面朝向分光镜(4)。

5.根据权利要求1所述的光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，其特征在于：所述平面镜与反射镜固定块(2)配置空心光靶和实心光靶，空心光靶、实心光靶的形状和平面镜与反射镜固定块(2)的中空结构的径向剖面形状相匹配，空心光靶和实心光靶的靶面设置十字标识，十字标识的交叉点位于光靶中心。

6.根据权利要求5所述的光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，其特征在于：所述实心光靶的靶面材料透光率不低于50％。

7.根据权利要求5所述的光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，其特征在于：所述空心光靶的十字标识交叉处开孔，孔径不大于3mm。

8.一种光谱共焦测头波长与位移映射关系精确拟合方法，基于权利要求1～3所述的光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，其特征在于：通过获取光谱共焦测头波长与位移的映射数据，建立光谱共焦测头的波长与位移直接的精确映射关系，具体包括以下步骤：

步骤1.安装与标定：将光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置进行安装固定，并完成标定；

步骤2.拟合精确映射关系：建立光谱共焦测头波长与位移之间的精确映射关系。

9.根据权利要求8所述的光谱共焦测头波长与位移映射关系精确拟合方法，其特征在于：所述步骤1中，安装与标定具体包括以下步骤：

步骤1.1将平面镜与反射镜固定块(2)放置于一维精密运动平台(9)上，将光谱共焦测头(7)固定于测头固定块(8)中；

步骤1.2将环境补偿单元连接至激光干涉仪激光头(1)，打开双频激光干涉仪激光头(1)电源，发出激光；将空心光靶贴合在平面镜与反射镜固定块(2)靠近双频激光干涉仪激光头(1)一侧，将实心光靶贴合在平面镜与反射镜固定块(2)靠近光谱共焦测头(8)一侧，调整双频激光干涉仪激光头(1)高度和方向，以及平面镜与反射镜固定块(2)中心轴向位置，使双频激光干涉仪激光头(1)出射光线的光斑位于实心光靶的中心；

步骤1.3将空心光靶贴合在测头固定块(8)靠近平面镜与反射镜固定块(2)一侧，将实心光靶贴合在测头固定块(8)远离平面镜与反射镜固定块(2)一侧，调整测头固定块(8)的方向和高度，使双频激光干涉仪激光头(1)出射光线的光斑位于实心光靶的中心；

步骤1.4将光谱共焦测头(7)固定于测头固定块(8)中；

步骤1.5控制一维精密运动平台(9)，每次运动5μm，待一维精密运动平台(9)位置稳定后，记录激光干涉仪的测距数据与光谱仪的波长数据。

10.根据权利要求8所述的光谱共焦测头波长与位移映射关系精确拟合方法，其特征在于：所述步骤2中，拟合精确映射关系具体包括以下步骤：

步骤2.1测头波长x与位移y所构成的数据Q_i(x_i,y_i),i＝0,1,…,r，采用弦长参数法确定波长数据对应的参数值其中：

步骤2.2根据平均值的方法确定节点矢量U＝{u₀,u₁,...,u_m}，其中，m＝r+p+1，

步骤2.3求取基函数N_i,p：

步骤2.4根据P_i＝N_i,p^-1Q_k求取控制点P_i；

步骤2.5根据光谱仪得到的任意共焦峰值波长x，即可利用公式计算对应的位移量y。