秒懂 STIL光谱共焦传感器的原理

2021-09-15

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光谱共焦传感器用于测量物体的厚度、平整度、微观形态、细微缺陷、翘曲等，适用于镜子反射、透明材料、多层厚度等多种要求的精密测量情况。

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光谱共焦传感器的核心原理是法国STIL品牌获得专利。STIL是光谱共焦传感器的发明者和世界领先者，迄今为止为全球所有行业用户提供高性能光谱共焦传感器已超过25年。

光谱共焦成像基于两个原则：1共焦成像、2光轴的颜色编码。

共焦装置是光学系统在物体表面产生点光源S的图像S’的光学装置。反向散射光由在针孔S ' '上成像的相同光学系统收集。针孔放置在光电探测器前面，过滤可以到达光电探测器的光线，因此也被称为“空间过滤器”。共焦装置的特点是特殊的信噪比。根据CCI原理，光学系统是彩色光学头，光探测器是光谱仪。

光轴的颜色编码意味着光学系统中存在轴颜色差异。也就是说，每个波长沿该轴聚焦于不同的点。现在，假设样品在色谱编码范围内，波长0将聚焦于表面。反射(或后向散射)光束到达针孔平面时，波长光线会集中在针孔上，以便穿过针孔并到达光谱仪的敏感区域。其他波长成像是大点，因此被针孔阻挡。该光谱通过识别波长0来“解释”样品位置。

分光计信号对应于收集的光的光谱再分配。显示光谱峰。物体在测量范围内位移时，光谱仪的光谱峰值会相应变化。

光谱共焦传感器应用的领域

1、表面粗糙度测量应用

表面粗糙度是指加工过程中，由于不同的加工方法、机器和刀具的精度、振动和磨损等因素，工件加工表面形成的小间隙和小峰谷的微观水平状态。是表面质量的重要测量指标。相关零件的磨损、密封、润滑、疲劳、研究和其他机械性能。

表面粗糙度测量主要可分为接触测量和非接触测量。接触式接触测量容易刮伤表面，针尖容易磨损，测量效率低，无法测量复杂的表面。非接触测量可实现相对非接触、高效、在线实时测量，成为今后粗糙度测量的发展方向。目前常用的非接触法主要有干涉法、散射法、散射法、集中法等。其中，集中法比较简单实用。

利用光谱共焦位移传感器构建了一套简单的测量装置，通过非接触测量膜式燃气表中阀门的粗糙度，判断阀盖密封性是否合格，取得了一定的效果。利用基于光谱共焦传感器制作的2D纳米测量定位装置，对粗糙度样本块的表面粗糙度进行了非接触测量，测量结果不确定，得到U95为13.9%。

2、轮廓、几何尺寸测量应用

随着加工水平的发展，需要进行轮廓测量和精密尺寸测量的小而复杂的工件越来越多，如小圆形倒角测量、小工件的内壁凹槽尺寸等。一些精密光学元件也需要进行非接触轮廓形态测量，以免在测量接触时刮伤光学表面。传统传感器难以解决的这些测量问题，可以通过使用光谱共聚焦传感器建立测量系统来解决。

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