[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

说明书

本发明属于光谱共焦测头位移测量精度标定领域，光谱共焦测头出射信号的峰值波长与位移映射关系的精确建立，才能够保持光谱共焦测头最终的测量精度，但是现有技术中很少有提及光谱共焦测头出射信号的峰值波长与位移精确映射关系的标定或建立方法，本发明提供一种光谱共焦测头波长与位移映射关系标定装置及拟合方法，通过光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，可以有效减小标定过程中的阿贝误差和余弦误差，通过非均匀有利B样条拟合方法，不仅可以精确的拟合出光谱共焦测头的波长与位移的映射关系，而且可以使拟合曲线更具光顺性，另外降低了对一维运动平台的精度要求，提高了本方法的可操作性和实用性。

技术领域

本发明涉及光谱共焦测头测量精度的提高，更具体的说，涉及一种光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置及映射关系精确拟合方法。

背景技术

光谱共焦测头可以用来精确测量物体的厚度、平面度、微观形貌、微小瑕疵、翘曲度等，适用于各种不同要求的高精密测量场合，如镜面反射，透明材质、多层厚度等。

光谱共焦测头的核心原理是由光源射出一束宽光谱的复色光(呈白色)，通过色散镜头发生光谱色散，量程范围内形成不同波长的单一颜色光。每一个波长的焦点都对应一个距离值。测量光射到物体表面被反射回来，只有满足共焦条件的单一颜色的光，通过小孔后被光谱仪感测到光强最大，通过对光谱仪检测到的出射信号进行处理，提取其峰值波长，即可还原出位移。当被测样品上下移动时，满足共焦条件的单色光波长发生变化，在不同位置形成了不同波长的共焦系统。

光谱共焦测头出射信号的峰值波长与位移一一映射，此映射关系必须精确建立，才能够保持光谱共焦测头最终的测量精度，然而，当前的已有文献或报道中，很少有提及光谱共焦测头出射信号的峰值波长与位移精确映射关系的标定或建立方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置及映射关系精确拟合方法，该发明能够精确的建立光谱共焦测头波长与位移映射关系。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

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、同轴固定装置和光谱共焦测头，激光干涉测长部分包括双频激光干涉仪激光头、环境补偿单元、分光镜和两个反射镜，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发出激光的一侧依次放置分光镜、第二反射镜、平面镜和光谱共焦测头，第一反射镜置于分光镜顶部，第二反射镜的反射面朝向分光镜一侧；同轴固定装置包括平面镜与反射镜固定块和用于放置光谱共焦测头的测头固定块，平面镜与反射镜固定块放置于第二反射镜和平面镜之间。

进一步，平面镜与反射镜固定块置于一维精密运动平台上，平面镜与反射镜固定块呈中空结构。

进一步，测头固定块固定于支座顶部，测头固定块呈中空结构。

进一步，第一反射镜的反射面朝向分光镜。

进一步，平面镜与反射镜固定块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。

进一步，实心光靶的靶面材料透光率不低于50％。

进一步，空心光靶的十字标识交叉处开孔，孔径不大于3mm。

一种光谱共焦测头波长与位移映射关系精确拟合方法，基于上述的光谱共焦测头波长与位移映射数据标定装置，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。

进一步，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放置于一维精密运动平台上，将光谱共焦测头固定于测头固定块中；