成都原装光谱共焦测量技术公司 蓝海

光谱共焦测量技术的原理


混色光是由众多不同波长光线组成的，我们称之为光谱。所有不同波长的可见光重叠在一起，形成白光。人类肉眼可见光的波长范围从400nm (蓝光)到700nm (红光)。通过透镜，不同颜色的光不会聚焦到同一个点上。这种现象称为色差透镜错误或者叫色差透镜偏差。

众所周知，自然界的日光属白光一种，白光不是较纯洁的光，而是许多单色光组成的。光在不同介质中传播可能会有角度偏差的现象产生，而实际的白光照射下不同介质将有很多单线光的折射。光学材料（透镜）对于不同单色光的折射率是不同的，也就是折射角度不同波长愈短折射率愈大，波长愈长折射率愈小（这也是不同望远镜所谓的色差不同的原因），同一薄透镜对不同单色光，每一种单色光都有不同的焦距，按色光的波长由短到长，它们的像点离开透镜由近到远地排列在光轴上（不同的单色光的波长是不同的）这样成像就产生了所谓色差透镜错误。色差透镜错误使成像产生色斑或晕环。在摄影器材中，应通过特殊处理，尽量消减色差透镜错误导致的成像问题。常用的消除方法有双胶合系统与双分离系统。


一面单透镜的色差造成对不同波长的色光产生了不同的焦距


对于消色差双合透镜而言，可见光的波长近似具有相等的焦距


具有抵消色散属性的衍射光学器件可以用来矫正色差


而光谱共焦测量技术恰恰利用这种物理现象的特点。通过使用特殊透镜，延长不同颜色光的焦点光晕范围，形成特殊放大色差，使其根据不同的被测物体到透镜的距离，会对应一个精确波长的光聚焦到被测物体上。通过测量反射光的波长，就可以得到被测物体到透镜的精确距离。这一过程与摄影器材通过各种方法消减色差的过程正好相反。
为了得到上述特殊的色差，需要在传感器探头内使用若干特殊透镜，用来根据所需量程将光线分解。最后使用一个凸透镜，将传感器探头射出的光线聚拢在一条轴线上，形成所谓的焦点轴线。如果不使用凸透镜，传感器探头射出的光将分散开来，测量也就无法进行了。


白色光通过一个半透镜面到达凸透镜。上述特殊色差就在这里产生。光线照射到被测物体后发生反射,透过凸透镜，返回到传感器探头内的半透镜上。半透镜将反射光折射到一个穿孔盖板上，小孔只允许聚焦较好的反射光通过。透过穿孔盖板的光是一组模糊光谱，也就是说若干不同波长的光都有可能穿过小孔照在CCD感光矩阵单元上。但是只有在被测物体上聚焦的反射光拥有足够光强，在CCD感光矩阵上产生一个明显的波峰。在穿孔盖板后面，需要一个分光器测量反射光的颜色信息。分光器类似一个特制光栅，可以根据反射光的波长，增强或减弱折射率。因此，CCD矩阵上的每一个位置，对应一个测量物体到探头的距离。
在整个量程上，共可以得到**过30,000个测量点。
这里只计算光线波长，用以产生测量信号。反射光产生的信号波峰振幅并不在信号测量依据之内。也就是说反射光的光强不会影响测量结果。这意味着，无论有多少反射光从被测物体反射回来，测量的距离结果可能是不变的。因为反射光的光强仅仅取决于反射物体的反光程度。因此，采用德国米铱公司的光谱共焦传感器，即使被测物体是强吸光材料，如黑色橡胶；或者是透明材料，如玻璃或者液体，都可以进行正常可靠的测量。

光谱共焦测量技术是一种精度可达次微米量级的非接触式位移测量系统，对于表面漫反射或镜反射之物体乃至透明材质皆可测量其位移或厚度，基于出光与回传信号路径同轴之特性，光谱共焦传感器亦适合于 深孔/盲孔工件等量测应用
原理：
光谱共焦传感器乃利用特制彩色编码镜头使可见光产生轴向色散输出，并经由光谱解析器解析共焦回传光波信号，最后透过波长与位移转换曲线计算出工件位移测量值


特点：
• 非接触式光学共焦测量技术, 具有**高分辨率及同光轴回传讯号不会被遮挡之特性
• 光纤传输彩色编码测头设计, 其结构轻巧且內部不含电子零件而不受环境干扰影响
• 采用白光(可见光)光源系统,相较激光光源而言安全防护要求低
• *特多层材质量测演算法, 可测量透明／半透明多层材质间之厚度或间隙
光谱共焦测量技术在生产过程中测量测量聚合物和PET材料的空气间隙和膜厚
那些聚合物，比如环烯烃共聚物 （COC），都是非结晶状的透明材料，不像部分结晶聚烯烃。总的来说，使用非接触式光学传感器从一侧测量厚度是再好不过的选择。对光学测量应用来说，较低的双折射特性很重要。在医疗和诊断领域中，良好的生物兼容性和较低的吸水性/蒸汽渗透性都是非常重要的。COC材料可被用来做透明的观察窗口以及注射器、微量滴定板、试管和烧瓶。Precitec的传感器能够在生产过程中监控空气缝隙和材料层厚度。
ERT传感器也能监控聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，亚克力或**玻璃）的涂漆控制。它也能被用于在线涂漆时很方便地测量聚对苯二甲酸（PET）厚度（即使厚度很薄），这全得益于传感器的高测量频率。

光谱共焦测量技术测量食品包装袋的厚度
ERT传感器通过使用红外干涉原理能够测量多层薄膜的厚度。这种应用一般体现在食品包装袋为复合层膜，其中的胶水层比较重要的情况下。那些没有涂胶水的区域可以被轻松地测到。这样一来，就算有些薄膜为不透明材料其厚度也能被测到，而且在每一层材料的折射率不同的情况下复合层的单层厚度也能测量。
光谱共焦测量技术原理的优点：


全息性：理论上每一束返回光谱分析仪的光线都用它的波长携带了距离信息，部分光被遮挡影响小。


无阴影效应：光从四面八方照射到样品，激光原理一个方向被遮挡无法测量的区域，共焦更容易解决。


可以测量各种表面：镜面、弯曲或倾斜的镜面、粗糙面、透明、液滴表面等的测量都变得容易。


高分辨率：理论上波长可以无限细分，理想镜头具有无限分辨率。


温度稳定性好：镜头本身不发热，温度漂移小。对于微米以及亚微米级的测量，温度稳定是很关键的。


自动聚焦：在量程范围内，被测物的位置上下变动时都有相应的波长的光聚焦到物体表面。


横向分辨率高：测量光斑小，而且总是在焦点上，能分辨被测物上的微小轮廓变化。


模块化小型化：镜头和解码部分可以通过光纤连接，传输距离远，镜头可以做得很小。


调频抗干扰：波长是调频信号，对光强变化等调幅干扰不敏感。光纤对电磁干扰、雷电浪涌不敏感。


透明材料厚度测量：当被测物透明且有两个表面，就会有两个波长的光返回得到厚度值。


安全性高：**命的LED光源，微小功率的白光，比激光对人眼更安全，不受限于激光危害等级。


高防护：控制器高防护等级，光纤可提供不锈钢外套版本，防虫害鼠咬。


维护和服务：模块化光源，一分钟快速更换。国内技术和配套支持，保修、维护、校准方便。