2021-11-03
光譜共焦位移傳感器用于測(cè)量透明材料平行平板厚度的可行性，對(duì)其產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并給出了相應(yīng)的補(bǔ)償方法。
目前，非接觸式的精密測(cè)量位移裝置有共焦位移傳感器，激光三角反射式位移傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器等。它們具有適應(yīng)性強(qiáng)、速度快、精度高等特點(diǎn)，適用于檢測(cè)各種回轉(zhuǎn)體、箱體零件的尺寸和形位誤差。并且可以與快速反饋跟蹤系統(tǒng)配合使用，能夠準(zhǔn)確快速地測(cè)出表面的形狀與輪廓。它們克服了接觸式檢測(cè)的諸多缺點(diǎn)，既提高了檢測(cè)速度，又保護(hù)了被測(cè)工件表面免受劃傷及防止傳感器變形。
光譜共焦傳感器是采用復(fù)色光為光源的傳感器，其測(cè)量精度能夠達(dá)到微米量級(jí)，可用于對(duì)漫反射或鏡反射被測(cè)物體的測(cè)量。此外，光譜共焦位移傳感器還可以對(duì)透明物體進(jìn)行單向厚度測(cè)量，光源和接收光鏡為同軸結(jié)構(gòu)，有效地避免了光路遮擋，并使傳感器適于測(cè)量直徑4.5mm以上的孔及凹槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
但是，光譜共焦位移傳感器在測(cè)量透明物體的位移時(shí)，由于被測(cè)物體的上、下兩個(gè)表面都會(huì)反射，而傳感器接收到的位移信號(hào)是通過(guò)其上表面計(jì)算出來(lái)的，從而會(huì)引起一定的誤差。本文基于測(cè)量平行平板的位移，對(duì)其進(jìn)行了誤差分析。
正是基于這種獨(dú)特的原理，使得光譜共焦位移傳感器在位移測(cè)量上擁有高精度，不論是單層透明物體還是多層透明物體，除了能夠測(cè)量該物體位移，還可以測(cè)量其厚度。如薄玻璃片，平行平板等。平行平板的前后表面都會(huì)反射特定波長(zhǎng)的光，在單色儀上獲得的是出現(xiàn)兩個(gè)峰值的光譜曲線，通過(guò)這兩個(gè)峰值可以推算出玻璃的厚度。
光譜共焦位移傳感器的誤差分析
光譜共焦位移傳感器可以精確測(cè)量物體的位移，但在測(cè)量透明物體的厚度時(shí)，由于透明材料的折射率不同將產(chǎn)生不同的誤差。其誤差分析如下：
白光入射到一個(gè)折射率為n、厚度為D1的平面平行板。光線需要滿足如下條件：如果沒有平面平行板，則該光線會(huì)與光軸交于點(diǎn)A0，如果有平面平行板，光線會(huì)與光軸交于A1點(diǎn)。波長(zhǎng)為λ1、λ2的單色光通過(guò)一定的的入射角入射到平行平板。
在進(jìn)行平行平板位移測(cè)量時(shí)，其初始位置為平行平板的上表面，此時(shí)傳感器接收到的為波長(zhǎng)為λ1、λ2的單色光信號(hào)，移動(dòng)后平行平板到達(dá)距其下表面D2的位置時(shí)，傳感器接收到的是仍包含λ2的信號(hào)。
由于材料的折射率以及色散系數(shù)均已經(jīng)求出，就可以計(jì)算出該光譜共焦傳感器的測(cè)量誤差。其誤差范圍大約在0.005mm左右。
光譜共焦位移傳感器具有很多方面的應(yīng)用，尤其測(cè)量透明物體的厚面方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而且可以通過(guò)補(bǔ)償?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)較高的分辨率。
