【摘 要】
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随着工业4.0对制造质量要求的提高和技术的变革,在精密几何量测量领域对现代光电传感技术提出了新的挑战。其中,光谱共焦位移测量具有高精度、抗干扰、无机械轴向扫描的特点而逐渐成为新型位移传感测量的代表方向。为了实现深度识别能力,该方法需要校准波长与位移的关系,然后从反射光信号中提取样品表面的峰值波长,通过色散关系计算出相应的位移或高度。因此研究光谱共焦位移测量系统的本质原理以及信号处理关键技术具有重要
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随着工业4.0对制造质量要求的提高和技术的变革,在精密几何量测量领域对现代光电传感技术提出了新的挑战。其中,光谱共焦位移测量具有高精度、抗干扰、无机械轴向扫描的特点而逐渐成为新型位移传感测量的代表方向。为了实现深度识别能力,该方法需要校准波长与位移的关系,然后从反射光信号中提取样品表面的峰值波长,通过色散关系计算出相应的位移或高度。因此研究光谱共焦位移测量系统的本质原理以及信号处理关键技术具有重要意义。本文的主要研究内容如下:（1）对光谱共焦测量技术研究背景与意义以及国内外研究现状进行讨论,确定研究光谱共焦位移测量关键技术的必要性。对光谱共焦位移测量系统光学设计原理进行理论分析,总结测量精度的主要影响因素;（2）设计一套基于衍射光学元件的光谱共焦位移测量系统,通过仿真分析对比折射光学元件与衍射光学元件作为色散镜头的优缺点,选用具有良好的线性色散效果的衍射光学元件作为实现位移测量的核心元件,实现位移对波长调制;（3）提出一种基于Savitzky-Golay滤波以及高斯拟合的光谱数据处理方法,有效进行谱峰精准定位与峰值波长精确提取,实现被测信号特征高精度提取;（4）完成光谱共焦位移测量实验系统的搭建,设计符合校准与安装原则的标定系统结构,利用更高精度的激光干涉仪对系统进行标定和测量,对实验结果进行误差分析与显著性检验,给出了随机误差和系统误差的分析和补偿,判定系统测量精度。实验结果表明:在500-700nm的波长范围内,系统测量范围为0-4mm,测量误差在±8μm以内,测量系统具有较高的精度。
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