三坐標測量機是加工現(xiàn)場常用的高精度產(chǎn)品尺寸及形位公差檢測設備，其具有通用性強，精確可靠等優(yōu)點。本文面向一種特殊材料異型結構零件內(nèi)曲面的表面粗糙度測量要求，提出一種基于高精度光譜共焦位移傳感技術的表面粗糙度集成在線測量方法,，利用工業(yè)現(xiàn)場常用的三坐標測量機平臺執(zhí)行輪廓掃描，并記錄測量掃描位置實時空間橫坐標,，根據(jù)空間坐標關系,，將測量掃描區(qū)域的微觀高度信息和掃描采樣點組織映射為微觀輪廓，經(jīng)高斯濾波處理和評價從而得到測量對象的表面粗糙度信息,。光譜共焦技術可以在不破壞樣品的情況下進行分析,。蕪湖光譜共焦

光譜共焦傳感器作為一種新型高精密傳感器，其測 量精密度可達 土 0.02%,。開始產(chǎn)生在法國的,，相較于光柵尺、容柵 或電感器電臺廣播,、電感器差動變壓器式偏移傳感器,，其在偏移測量方面的優(yōu)勢更加明顯。現(xiàn)如今,，因為光譜共焦傳感器擁有高精密,、,，因而，其在幾何量高精密測量層面的應用愈來愈普遍,，如漫反射光及平面圖反射面的偏移測量,、平整度測量、塑料薄膜及透明材料薄厚測量,、外表粗糙度測量等,。在偏移測量層面，自光譜共焦傳感器面世至今,，它基本功能就是測量偏移,。馬敬等對光譜共焦傳感器的散射目鏡進行分析，制定了散射目鏡的構造,，提升了光譜共焦傳感器的各項特性；畢 超 等 利 用光譜共焦傳感器完成了對飛機發(fā)動機電機轉子葉子空隙的高精密,、高效率的測量,。在平整度測量層面，位恒政等對光譜共焦傳感器的檢測誤差進行分析,，在其中,，對其平面圖檢測誤差科學研究時，利用光譜共焦傳感器對圓平晶的平整度開展測量,，獲得了平面圖檢測誤差值,。青海推薦光譜共焦光譜共焦技術具有很大的市場潛力。

光譜共焦位移傳感器原理,，由光源,、透鏡組、控制箱等組成,。光源發(fā)出1束白光,，透鏡組先將白光發(fā)散成一系列波長不同的單色光，然后經(jīng)同軸聚焦在一定范圍內(nèi)形成1個連續(xù)的焦點組,，每個焦點的單色光波長對應1個軸向位置,。當樣品處于焦點范圍內(nèi)時，樣品表面將聚焦后的光反射回去,。這些反射回來的光經(jīng)過與鏡頭組焦距相同的聚焦鏡再次聚焦后通過狹縫進入控制箱中的單色儀,。因此，只有焦點位置正好處于樣品表面的單色光才能聚焦在狹縫上,。單色儀將該波長的光分離出來,，由控制箱中的光電組件識別并 得到樣品的軸向位置。采用高數(shù)值孔徑的聚焦鏡頭可以使傳感器達到較高分辨率,，滿足薄膜厚度分布測量要求,。

光譜共焦測量技術由于其具有測量精度高,、測量速度快、可以實現(xiàn)非接觸測量的獨特優(yōu)勢而被大量應用于工業(yè)級測量,。讓我們先來看一下光譜共焦技術的起源和光譜共焦技術在精密幾何量計量測試中的成熟典型應用,。共焦顯微術的概念首先是由美國的 Minsky 于 1955年提出, 其利用共焦原理搭建臺共焦顯微鏡, 并于1957年申請了專利。自20世紀90年代,   隨著計算機技術的飛速發(fā)展,   共焦顯微術成了研究的熱點,，得到快速的發(fā)展,。光譜共焦技術是在共焦顯微術基礎上發(fā)展而來,其無需軸向掃描, 直接由波長對應軸向距離信息, 從而大幅提高測量速度。   而基于光譜共焦技術的傳感器是近年來出現(xiàn)的一種高精度,、 非接觸式的新型傳感器,   目前精度上可達nm量級,。 共焦測量術由于其高精度、允許被測表面有更大的傾斜角,、測量速度快,、實時性高、對被測表面狀況要求低,、以及高分辨率的獨特優(yōu)勢,，迅速成為工業(yè)測量的熱門傳感器，在生物醫(yī)學,、材料科學,、半導體制造、 表面工程研究,、 精密測量等領域得到大量應用,。激光共焦掃描顯微鏡將被測物體沿光軸移動或?qū)⑼哥R沿光軸移動。

光譜共焦位移傳感器是一種基于光波長偏移調(diào)制的非接觸式位移傳感器,。它也是一種新型極高精密度,、極高可靠性的光學位移傳感器，近些年對迅速,、精確的非接觸式測量變得更加關鍵,。光譜共焦位移傳感器不但可以精確測量偏移，還可用作圓直徑的精確測量,，及其塑料薄膜的折光率和厚度的精確測量,，在電子光學計量檢定、光化學反應,、生物醫(yī)學工程電子光學等領域具備大量應用市場前景,。光譜共焦位移傳感器的誕生歸功于共聚焦顯微鏡研究。它們工作中原理類似,，都基于共焦原理,。1955年，馬文·明斯基依據(jù)共焦原理研發(fā)出共焦光學顯微鏡。接著,，Molesini等于1984年給出了光譜深層掃描儀原理,，并將其用于表面輪廓儀。后來在1992年,，Browne等人又把它運用到共聚焦顯微鏡中,，應用特殊目鏡造成散射開展高度測量，不用彩色掃描,，提升了測量速度,。a.Ruprecht等運用透射分束制定了超色差鏡片，a.Miks探討了運用與不一樣玻璃材質(zhì)連接的鏡片得到鏡頭焦距與波長線性關系的辦法,。除開具有μm乃至納米技術屏幕分辨率以外,，光譜共焦位移傳感器還具備對表層質(zhì)量要求低，容許更多的傾斜度和達到千HZ的輸出功率的優(yōu)勢,。光譜共焦位移傳感器廣泛應用于制造領域,，如半導體制造、精密機械制造等,。青海推薦光譜共焦

光譜共焦位移傳感器可以實時監(jiān)測材料的變化情況,，對于研究材料的力學性能具有重要意義。蕪湖光譜共焦

采用對比測試方法,，首先對基于白光共焦光譜技術的靶丸外表面輪廓測量精度進行了考核,，圖5(a)是靶丸外表面輪廓的原子力顯微鏡輪廓儀和白光共焦光譜輪廓儀的測量曲線,。為了便于比較,，將原子力顯微鏡輪廓儀的測量數(shù)據(jù)進行了偏移。從圖中可以看出,，二者的低階輪廓整體相似,，局部的輪廓信息存在一定的偏差，原因在于二者在靶丸赤道附近的精確測量圓周輪廓結果不一致;此外,，白光共焦光譜的信噪比較原子力低,，這表明白光共焦光譜適用于靶丸表面低階的輪廓誤差的測量。圖5(b)是靶丸外表面輪廓原子力顯微鏡輪廓儀測量數(shù)據(jù)和白光共焦光譜輪廓儀測量數(shù)據(jù)的功率譜曲線,，從圖中可以看出,，在模數(shù)低于100的功率譜范圍內(nèi)，兩種方法的測量結果一致性較好,，當模數(shù)大于100時,，白光共焦光譜的測量數(shù)據(jù)大于原子力顯微鏡的測量數(shù)據(jù)，這也反應了白光共焦光譜儀在高頻段測量數(shù)據(jù)信噪比相對較差的特點,。由于光譜傳感器Z向分辨率比原子力低一個量級,，同時，受環(huán)境振動、光譜儀采樣率及樣品表面散射光等因素的影響,，共焦光譜檢測數(shù)據(jù)高頻隨機噪聲可達100nm左右,。蕪湖光譜共焦