一种基于光谱共焦原理的精密厚度对射测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及精密测量及传感技术领域，具体涉及一种基于光谱共焦原理的精密厚度对射测量装置。


背景技术：

2.基于光谱共焦原理的光谱共焦位移传感器已被广泛应用于工业自动化领域的距离测量、厚度测量等，典型应用如晶圆测高、玻璃测厚、膜层测厚等。与激光三角法位移传感器相比，光谱共焦位移传感器由于其能够直接对透明物体测距、测厚且探头不发热等优点，因此环境适应性更强、使用范围更广。
3.由于光谱共焦位移传感器依据光的反射特性，使其对非透明材料厚度的测量受到限制，为实现非透明材料厚度的测量，则需要借助额外的装置，通过对射安装方式进行测厚。使用对射安装方式进行测厚，由于安装误差及装置公差等原因，两个探头的光束聚焦点难于共线，会对测量精度造成影响。目前光谱共焦控制器采用准同步的方式采集两个探头的距离数据，用该数据进行厚度计算，同样会引入误差。尤其在测量移动的被测物、厚度不均匀的被测物时，测量精度会受到较大影响。
4.此外，由于光谱共焦位移传感器外形多样、量程多种，需在同一台装置上适配不同型号的光谱共焦位移传感器，因此要求对射安装连接结构具有良好的通用性与适应性。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种基于光谱共焦原理的精密厚度对射测量装置，快速实现两个对射探头的光束焦点共线，采用同一外部触发源进行同步触发采样，实现两个探头距离的同步采集，不仅可以实现基于光谱共焦原理的透明材料、非透明材料的测厚，而且能大大提高精密厚度测量的精度，尤其对移动的被测物、厚度不均匀的被测物的厚度测量，测量精度能得到明显的改善。
6.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
7.一种基于光谱共焦原理的精密厚度对射测量装置，包括光学隔振平台，所述光学隔振平台上竖向连接有光学升降柱，所述光学升降柱上连接有被测物放置平台，在位于所述被测物放置平台上方和下方的光学升降柱上分别滑动地连接有夹持式固定滑块，所述夹持式固定滑块上设置有光谱共焦探头，使得被测物放置平台上方和下方的光谱共焦探头对其形成对射结构，所述被测物放置平台上设有条形通孔，对射安装的上下光谱共焦探头的测量光束共线照射进被测物放置平台的条形通孔里，用于对被测物放置平台上之后放置的被测物测厚。
8.进一步的，在所述光谱共焦探头与夹持式固定滑块之间连接有手动五轴万向座，所述手动五轴万向座上分别设有x轴调节旋钮、z轴调节旋钮、y轴调节旋钮、x轴倾斜调节旋钮和y轴倾斜调节旋钮，分别用于微调光谱共焦探头的x、y、z轴方向的移动、以及绕x轴旋转的角度和绕y轴旋转的角度，从而精准调节光谱共焦探头的测量光束的位置，使得对射安装
的上下光谱共焦探头的测量光束共线照射进被测物放置平台的条形通孔里。
9.进一步的，在所述光谱共焦探头与手动五轴万向座之间设有探头固定座，所述光谱共焦探头固定在探头固定座上，探头固定座连接在手动五轴万向座上，便于换装不同型号大小的光谱共焦探头。
10.进一步的，两个所述光谱共焦探头的光信号输入端通过光纤跳线分别连接一个光谱共焦控制器的光信号输出端，用于向光谱共焦探头发出光束，两个所述光谱共焦控制器的信号输入端连接同一个外部触发信号源。
11.进一步的，所述光谱共焦控制器通过有线或无线通信网络连接上位机，用于通过上位机观察光谱图像并将测量数据上传至上位机处理显示。
12.本实用新型的有益效果是:
13.本实用新型的对射测量结构不仅可以实现基于光谱共焦原理的透明材料、非透明材料的测厚功能，而且大大提高了精密厚度测量的精度，尤其对移动的被测物、厚度不均匀的被测物的厚度测量，精度具有明显的改善，对射测量结构还能快速实现两个对射探头的光束焦点共线，提高了使用的便利性。
14.此外，通过可调节的探头固定座以及可移动的夹持式固定滑块可以在同台设备上适配多种型号的光谱共焦探头，具备良好的通用性与实用性。
附图说明
15.图1是本实用新型的结构示意图；
16.图2是两个光谱共焦探头测量光束共线偏离示意图；
17.图3是两个光谱共焦探头测量光束共线示意图；
18.图4是两个光谱共焦探头测量光束共线调节流程图。
19.图中标号说明：1、光谱共焦探头，2、探头固定座，3、手动五轴万向座，4、被测物放置平台，5、条形通孔，6、x轴调节旋钮，7、z轴调节旋钮，8、y轴调节旋钮，9、x轴倾斜调节旋钮，10、y轴倾斜调节旋钮，11、测量光束，12、夹持式固定滑块，13、光学升降柱，14、光学隔振平台，15、光纤跳线，16、外部触发信号源，17、光谱共焦控制器，18、上位机。
具体实施方式
20.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
21.如图1所示，一种基于光谱共焦原理的精密厚度对射测量装置，包括光学隔振平台14，所述光学隔振平台14上竖向连接有光学升降柱13，所述光学升降柱13上连接有被测物放置平台4，在位于所述被测物放置平台4上方和下方的光学升降柱13上分别滑动地连接有夹持式固定滑块12，所述夹持式固定滑块12上设置有光谱共焦探头1，使得被测物放置平台4上方和下方的光谱共焦探头1对其形成对射结构，所述被测物放置平台4上设有条形通孔5，对射安装的上下光谱共焦探头1的测量光束11共线照射进被测物放置平台4的条形通孔5里，用于对被测物放置平台4上之后放置的被测物测厚。
22.在所述光谱共焦探头1与夹持式固定滑块12之间连接有手动五轴万向座3，所述手动五轴万向座3上分别设有x轴调节旋钮6、z轴调节旋钮7、y轴调节旋钮8、x轴倾斜调节旋钮9和y轴倾斜调节旋钮10，分别用于微调光谱共焦探头1的x、y、z轴方向的移动、以及绕x轴旋
转的角度和绕y轴旋转的角度，从而精准调节光谱共焦探头1的测量光束11的位置，使得对射安装的上下光谱共焦探头1的测量光束11共线照射进被测物放置平台4的条形通孔5里。
23.在所述光谱共焦探头1与手动五轴万向座3之间设有探头固定座2，所述光谱共焦探头1固定在探头固定座2上，探头固定座2连接在手动五轴万向座3上，便于换装不同型号大小的光谱共焦探头1。
24.两个所述光谱共焦探头1的光信号输入端通过光纤跳线15分别连接一个光谱共焦控制器17的光信号输出端，用于向光谱共焦探头1发出光束，两个所述光谱共焦控制器17的信号输入端连接同一个外部触发信号源16。
25.所述光谱共焦控制器17通过有线或无线通信网络连接上位机18，用于通过上位机18观察光谱图像并将测量数据上传至上位机18处理显示。
26.如图2、图3所示，两个光谱共焦探头1的测量光束11在未调节到光束共线前，测量光束11聚焦点处于不同位置，通过上位机18观察光斑图像，能看到图2中的光谱图像有两个峰；调节手动五轴万向座3上的x轴调节旋钮6、z轴调节旋钮7、y轴调节旋钮8、x轴倾斜调节旋钮9，使两个峰慢慢靠近，最终重合；当两个光谱共焦探头1的测量光束11共线时，此时在上位机18观察到的光谱图像只有图3中的一个峰。
27.本装置的使用测量过程如下：
28.首先将光谱共焦位移探头1安装于探头固定座2上，并通过光纤跳线15与光谱共焦控制器17连接，两台光谱共焦控制器17输入端连接同一个外部触发信号源16，并与上位机18连接；
29.光谱共焦控制器17发出光束，经过光谱共焦探头1形成测量光束11照射进被测物放置平台4的条形通孔5里，调节夹持式固定滑块12、手动五轴万向座3，在上位机18上观察光谱共焦位移探头1的距离，直至零距离参考点均位于被测物放置平台4的条形通孔5上表面；
30.如图4所示，调节上方的夹持式固定滑块12，使上方的光谱共焦探头1测量光束11聚焦点处于被测物放置平台4条形通孔5上表面；
31.调节下方的夹持式固定滑块12，使下方的光谱共焦探头1测量光束11聚焦点处于被测物放置平台4条形通孔5上表面；
32.通过上位机18观察图像，调节手动五轴万向座3上的x轴调节旋钮6、y轴调节旋钮8、z轴调节旋钮7、x轴倾斜调节旋钮9、y轴倾斜调节旋钮10，直至两个光谱共焦探头1的测量光束11在条形通孔5里共线，将被测物放入被测物放置平台4的条形通孔5上；
33.通过外部触发信号源16输出同一触发信号给两台光谱共焦控制器17，光谱共焦控制器17根据输入的触发信号进行数据采样，对采集的数据按先后顺序进行编号，并将数据传输至上位机18；
34.通过上位机18对两台光谱共焦控制器17采集的数据按编号进行分析，并通过计算公式math = sign1 * d1 sign2 * d2 offset，得出被测物的厚度值，其中，sign1、sign2为d1、d2的正负号，d1为上方光谱共焦探头1测量的位移、d2为下方光谱共焦探头1测量的位移，offset为偏置，math为计算的厚度值。
35.两台所述光谱共焦控制器17的采样率一致并通过同一触发源，在接收到外部触发信号后，采集相同个数的数据，在计算出被测物的厚度后，通过逐步提高光谱共焦控制器17
每次触发数据的采样数量，进一步准确地测量计算出被测物的厚度。
36.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。