简谈基于光谱共焦位移传感器的零件几何量精密测量

简谈基于光谱共焦位移传感器的零件几何量精密测量

郭号

东莞市普密斯精密仪器有限公司 广东东莞 523000

[摘要]机械生产加工整个过程当中，测量零件的几何尺寸属于重点工作内容，对于所选用测量工具及技术均有着极高要求。以光谱共焦为基础位移传感器测量，属于现阶段测量零件的几何尺寸当中最具精密性的测量工具或技术手段，能够确保实现对零件的几何尺寸更具精准度地测量操作。鉴于此，本文主要探讨以光谱共焦为基础位移传感器应用之下零件几何量的精密测量，仅供业内参考。

[关键词]传感器；共焦位移；光谱；零件；几何量；精密测量

前言：

测量零件的几何尺寸，属于一项有着较高技术操作水准的测量工作。伴随光谱共焦为基础位移传感器此项测量技术实际应用成熟度不断提升，其被逐渐应用至零件的几何尺寸相关测量工作当中，应用效果往往较为突出。因而，此次对以光谱共焦为基础位移传感器应用之下零件几何量的精密测量开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1、关于以光谱共焦为基础位移传感器基本测量原理的概述

以光谱共焦为基础位移传感器现场测量操作，其主要是依托共焦微及影色编码等技术实施相应测量工作，而共焦微科学技术手段占据较大应用比例。那么，针对位置色差层面上，其主要是在轴上面由相同点发出复色光束，在经过透镜后，由于透镜对不同波长折射率不同，任何位置上均可见晕环，经由透镜成像所形成缺陷问题，即位置色差或纵向色差。由于单色光不同折射率，其所经过的透镜成像必然存在差异性，即位置色主要形成原理。依照着高斯公式能够表达成，该列式当中，表示经由透镜不同的单色光之后所形成像距，l表示物距。经计算分析可了解到，复色光经由透镜之后，其所折射出来像距为不同的单色光，光束依照着特定顺序集中排列于光轴上面。位置色差之下，成像模糊，而光谱共焦之下位移测量科学技术正是把握这一点，实现位移构建及波长编码，促使彩色编码得以形成。针对于以光谱共焦为基础位移传感器基本测量原理，衍射光栅及色散物镜均是重要的共焦系统。白光源透过光学系统后，受位置色差影响而彼此分离，被测物体处于可测的范围之中，经共焦系统及其光纤持续反射折射，不同彩色光谱和位移形成，获取波长与位移相互间的关系，再把出射信号峰值波长计算出来，从而获取物体位移[1]。

2、测量分析

2.1确定最大的倾斜角度

因共焦系统，其主要是经物体反射的回光谱仪所产生彩色光谱，实现对位移的有效确定，从而完成物体位移计算操作，但被测物若是呈倾斜放置、表面部位较为粗糙情况下，反射光会有一部分出现丢失现象，有些甚至将无法实现反射，无法获取相应数据，更不能够实施峰值波长计算。故务必要精准确定好被测物体可允许最大的倾斜角，方程列式即amax=sin-1AN。该列式当中，AN表示被测物整个表面部位物方数值实际孔径。检测操作整个过程，往往极易受漫反射所影响，被测物为喷漆金属或塑料材料等平整度较差的表面，则漫反射相对较多，大部分光线反复反射至探测装置上面。物体有漫反射产生，经测定获取其最大的倾斜角是80°。发射光实际强度，其往往会直接影响实测结果。传感器所接收均匀性漫反射实际光强度和倾斜角度相互间的关系，则是I=。该列式当中，为光线处于空气当中实际衰减系数；为出射光线实际射角；为透光率；为彩色的光谱共焦之下传感器所发出光线实际光强。结合以上所确定的被测物可允许最大倾斜角，期望可以为后期测量操作提供重要参考。

2.2提取峰值波长

因光谱共焦位移传感器，其是经反射光位移实现数据获得，故需获取光谱共焦信号峰值实际波长。以光谱共焦为基础位移测量综合系统如果想精准获取所需数据数，就需积极落实光谱信号相关分析工作，正确提取峰值波长。那么，考虑到光谱共焦位移传感器实操原理，便能够了解到白光源所发出复色光，其经针孔及色散物镜之后，促使共焦光学综合系统形成，为光谱仪器实施信号发射过程当中，光谱仪器噪声、光源噪声、实测过程当中，如果发生意外事件，则会影响到光谱共焦的信号峰值精准提取操作。故务必要对光谱仪器所采集获取光谱信号，积极落实好预处理操作。因光谱系统当中色散物镜，其内部含有光学表面及光纤耦合装置端面，二者会反射出大量的杂散光，即暗信号。不实施物体测量操作期间，光谱共焦整个系统当中会有暗信号产生，暗信号可以说属于光谱共焦整个系统所自带有的一个部分。光谱共焦位移测量综合系统，应当反射至光谱仪器内部光强波长实施测定分析，这主要是因位移测量当中光谱仪器所采集到光谱信号内含无用暗信号，会对实测结果精度产生一定影响。那么，这就需对该暗信号实施有效测量操作[2]。每次测量操作所获取测量结果当中，均应当将暗信号减去。技术员倘若获取更具精准度的实测结果，则前期务必要将光谱信号的峰值波长和位移相互间实际映射关系确立下来，需选定峰值波长最适宜提取算法，如可选定测量曲线的拟合方法，实操期间先将光谱共焦整个系统当中所获取光谱信号均合成为相应条的曲线，结合该曲线基本特性，将峰值波长有效提取出来，此种方法之下，峰值波长整个提取操作极具便捷性，呈较高精度，对于噪声干扰有着良好抵御作用，应用效果突出。

2.3实验分析

为进一步分析以光谱共焦为基础位移传感器精密测量操作手段，其应用至零件几何量的精密测量操作当中有效性，参照着以往传统的测量手段，开展实验对比及其分析工作。此次实验分析，数据信息采集模块是借助测头来采集不同测量手段之下所获取结果数据；由系统内部数据信息处理模块来负责加载相应的曲线信息，再提取测量操作手段之下所输出数据波长，经主程序系统模块将实验数据显示出来，详细过程如下：

2.3.1在测量直径偏差层面

以光谱共焦为基础位移传感器的精密测量操作手段、再制造加工零件相应变形参数的实时测量及其计算分析手段，经比较分析后了解到，再制造加工零件相应变形参数的实时测量及其计算分析手段，其最小及最大偏差各为2.2μm、7.0μm。而此次所选定以光谱共焦为基础位移传感器的精密测量操作手段之下，开展零件几何量的精密测量操作，其最小及最大偏差各为0.5μm、2.1μm，明显相对较低。

2.3.2在轴偏差层面

两组不同操作手段之下，对于零件轴实施测量分析后了解到，再制造加工零件相应变形参数的实时测量及其计算分析手段下，其轴测偏差相对较高，最大及最小的轴偏差各为1.2μm、6.8μm；而以光谱共焦为基础位移传感器的精密测量操作手段之下，开展零件几何量的精密测量操作，其最大及最小的轴偏差各为0.4μm、1.4μm，明显相对较低[3]。

2.3.3在零件实际几何量的精密测定时间层面

对比这两种不同测量手段之下零件实际几何量的精密测定时间后了解到，相比较再制造加工零件相应变形参数的实时测量及其计算分析手段，以光谱共焦为基础位移传感器应用之下零件几何量的精密测量操作手段的测量时间明显较少，这主要是因此操作手段之下，通常均需对零件实施预处理，后期测定操作时间则得以缩短。

3、结语

综上所述，通过此次实验分析可确定的是，以光谱共焦为基础位移传感器这种测量手段，其应用至零件几何量的精密测量而言有效性突出，值得持续推广应用下去。

参考文献：

[1]邵谭彬,郭文平,席英皓,等.大量程光谱共焦位移传感器设计及性能评估[J].中国激光,2022,49(18):1804002.

[2]周勇,李建军,赵天明,等.基于光谱共焦的在线集成表面粗糙度测量方法[J].计量学报,2021,42(6):6.

[3]胡友民,周浩淼.基于机器视觉的精密孔类零件几何特征检测方法及系统:,CN111862037A[P].2020.