[发明专利]一种基于光谱共焦快速聚焦的测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种基于光谱共焦快速聚焦的测量装置，其特征在于：所述测量装置包括影像测量光学系统(1)、色散共焦位移传感模块(2)和控制器，所述影像测量光学系统(1)的光路与色散共焦位移传感模块(2)的光路在出射端部分融合同轴，且影像测量光学系统(1)的聚焦面与色散共焦位移传感模块(2)的量程中心共面；其中，所述色散共焦位移传感模块(2)通过出射包含可见光和不可见光的复色光，分别用于聚焦点指示和被测物(100)上表面至影像测量光学系统(1)之间距离的测量；

所述影像测量光学系统(1)与色散共焦位移传感模块(2)通过一个不可见光全反-可见光半透半反镜(3)实现光路同轴的融合；

所述影像测量光学系统(1)包括相机(11)和镜头(12)，所述色散共焦位移传感模块(2)包括光源及信号处理系统(21)、光纤(22)和色散镜头后镜组(23)，其中，所述光源及信号处理系统(21)提供近红外光和可见光；所述不可见光全反-可见光半透半反镜(3)采用近红外全反-可见光半透半反镜，并将所述不可见光全反-可见光半透半反镜(3)设置于所述影像测量光学系统(1)处斜置布置，用以接收来自色散共焦位移传感模块(2)的复色光，并实现复色光折弯后向下出射的光路与所述影像测量光学系统(1)的光路同轴；

所述影像测量光学系统(1)采用变倍影像测量系统，其镜头(12)包括变倍镜头前固定组(121)、变倍镜头变倍组(122)、变倍镜头补偿组(123)和变倍镜头后固定组(124)，所述色散共焦位移传感模块(2)还包括光开关(24)以及与所述影像测量光学系统(1)同轴共用的变倍镜头前固定组(121)；在变倍镜头前固定组(121)与变倍镜头变倍组(122)之间以45°斜置布置所述不可见光全反-可见光半透半反镜(3)，且所述色散镜头后镜组(23)的水平出射光路正对所述不可见光全反-可见光半透半反镜(3)设置，以此将影像测量光学系统(1)和色散共焦位移传感模块(2)在不可见光全反-可见光半透半反镜(3)下方融合。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述影像测量光学系统(1)采用固定倍率的影像测量系统，包括相机(11)和定倍的镜头(12)，镜头(12)包括固定倍率镜头前固定组(125)；

所述不可见光全反-可见光半透半反镜(3)包括位于固定倍率镜头前固定组(125)上方45°斜置布置的第一不可见光全反-可见光半透半反镜(31)，以及位于所述色散共焦位移传感模块(2)处与第一不可见光全反-可见光半透半反镜(31)同平面平行设置的第二不可见光全反-可见光半透半反镜(32)；

所述色散共焦位移传感模块(2)的色散镜头后镜组(23)竖直出射光路向下正对所述第二不可见光全反-可见光半透半反镜(32)设置，以此将影像测量光学系统(1)和色散共焦位移传感模块(2)在第一不可见光全反-可见光半透半反镜(31)下方融合。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：

测量装置还包括一个同轴照明模块(4)，所述同轴照明模块(4)的水平出射光路正对所述第二不可见光全反-可见光半透半反镜(32)设置，可见的照明光路经第二不可见光全反-可见光半透半反镜(32)半透以及第一不可见光全反-可见光半透半反镜(31)反射后向下入射到被测物(100)上，为固定倍率的影像测量光学系统(1)提供可见光照明。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述不可见光全反-可见光半透半反镜(3)外置于所述影像测量光学系统(1)的镜头(12)下方设置，以简化光学系统。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：在所述色散共焦位移传感模块(2)中，光源及信号处理系统(21)的光源包括提供不可见光的近红外光源(211)和提供可见光的激光光源(212)，分别通过光纤(22)的第一光纤(221)和第二光纤(222)传输，第一光纤(221)和第二光纤(222)的末端通过一个光纤耦合器(25)后与第三光纤(223)连通，并通过一个光纤耦合器(25)进行光束耦合，最后通过色散镜头后镜组(23)将第三光纤(223)传递的将耦合复合光出射。