[发明专利]一种基于光谱共焦的原位自动对焦装置及方法

权利要求书

1.一种基于光谱共焦的原位自动对焦装置，其特征在于，包括对焦系统、现有光路系统（103）、现有光路系统信号转换模块（102）、同轴分光模块（106）、工件（107）、运动台（108）、光栅尺（109）、光学系统安装底座（104）和运动台控制器（110），对焦测量系统包括光谱共焦探头（111）、光谱共焦控制器（101）、自动对焦控制器（112）、光学系统调焦执行机构（105）；

现有光路系统（103）、光谱共焦探头（111）、同轴分光模块（106）、光学系统调焦执行机构（105）安装于光学系统安装底座（104）上；工件（107）放置于与运动台控制器（110）连接的运动台（108）上，运动台（108）上安装有光栅尺（109），运动台控制器（110）通过线缆分别与光谱共焦控制器（101）和现有光路系统信号转换模块（102）连接；光谱共焦控制器（101）通过线缆与自动对焦控制器（112）连接，通过光纤和光谱共焦探头（111）连接；现有光路系统信号转换模块（102）与现有光路系统（103）连接，自动对焦控制器（112）与光学系统调焦执行机构（105）连接，光谱共焦探头（111）通过同轴分光模块（106）与现有光路系统（103）实现同轴耦合，最终将光斑打在工件（107）表面；

运动台控制器（110）读取运动台（108）上光栅尺（109）的信号，并产生两路触发信号，分别用于触发光谱共焦控制器（101）和现有光路系统信号转换模块（102）进行工作；

自动对焦控制器（112）通过读取光谱共焦控制器（101）计算得到的离焦量数据，并驱动控制光学系统调焦执行机构（105）进行调焦。

2.根据权利要求1所述的一种基于光谱共焦的原位自动对焦装置，其特征在于，

现有光路系统（103）为用于光学检测或光学加工的光路系统，现有光路系统信号转换模块（102）为用于光学检测的成像相机或用于光学加工的激光光源。

3.根据权利要求2所述的一种基于光谱共焦的原位自动对焦装置，其特征在于，相机相邻两个成像触发信号或激光光源相邻两个触发信号之间时间间距大于光谱共焦探头的单次测量时间。

4.根据权利要求1所述的一种基于光谱共焦的原位自动对焦装置，其特征在于，运动台（108）运动方向平行于光谱共焦探头（111）和现有光路系统（103）的光轴组成的平面。

5.一种权利要求1-4任一所述装置的原位自动对焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）运动台（108）通过运动台控制器（110）带动工件进行二维运动，运动台控制器（110）通过实时读取光栅尺（109）数据持续获得运动台（108）的当前位置；

步骤2）运动台到达工件待成像或加工的位置，光谱共焦控制器（101）计算现有光学系统（103）和工件表面的离焦量；

步骤3）自动对焦控制器（112）读取光谱共焦控制器（101）计算得到的离焦量数据，驱动控制光学系统调焦执行机构（105）进行调焦操作，直至现有光路系统（103）达到对焦高度位置；

步骤4）运动台控制器（110）向现有光路系统信号转换模块（102）发出触发信号，现有光路系统信号转换模块（102）收到触发信号后开始工作，实现光学检测成像或光学加工的工作；

步骤5）运动台持续运动扫描，重复步骤2）、步骤3）、步骤4），直到运动扫描完成；

所述步骤1）中，根据光栅尺信号和工件运动过程中现有光路系统（103）间隔工作时间对应的运动台间距，分别设置现有光路系统信号转换模块（102）触发信号与光谱共焦控制器（101）触发信号的分频数，再通过设置两路触发信号的相位和占空比参数，使得光谱共焦控制器（101）的触发工作时间落在现有光路系统（103）相邻两个工作点对应的间隔时间内。