摘要
本文針對微小筒狀工件（直徑4毫米，內徑3毫米，深度4毫米）的深度及底部厚度測量問題，提出了一種基于光譜共焦位移傳感器的雙頭對射測量方法。該方法有效解決了傳統激光三角位移傳感器因筒狀結構導致的回光遮擋問題。然而，工件表面的鍍膜工藝（厚度5~10微米）對測量精度提出了嚴峻挑戰。本文通過詳細闡述測量原理、系統配置、測試步驟及誤差分析，探討了如何在保證測量可行性的同時，最大限度地減少鍍膜對測量結果的影響。
1. 引言
在精密制造業中，對微小尺寸工件的準確測量是確保產品質量的關鍵。特別是當工件具有復雜結構，如筒狀且內外表面均經過鍍膜處理時，傳統的測量方法往往難以滿足高精度要求。光譜共焦位移傳感器以其同軸發光、避免光線回路干擾的特性，為解決此類測量難題提供了新的途徑。
2. 測量原理與系統配置
光譜共焦位移傳感器通過發射一束寬光譜的光，并利用色散元件將不同波長的光聚焦于被測物體表面的不同位置。當物體位置發生變化時，接收到的光譜成分也會相應改變，通過分析這種變化即可精確計算出物體的位移或厚度。
傳感器選型：選用LTC4000f探頭，其具有高分辨率和穩定的測量性能，適合微小尺寸的精密測量。
控制器：采用雙通道控制器LT-CCD，能夠同時處理兩個探頭的信號，實現雙頭對射測量。
特制對射支架：設計用于固定傳感器和工件，確保測量過程中的穩定性和對準精度。
標定塊：用于初始對射標定，確定兩個傳感器之間的相對距離。
3. 測量步驟與方法
將兩塊已知厚度的標定塊放置于托盤上，調整至兩傳感器測量量程中間。
進行對射標定，軟件自動計算并記錄標定塊的厚度作為基準值。
替換標定塊為待測筒狀工件，保持工件位置與標定時一致。
調整工件高度，確保其上下表面均位于傳感器測量范圍內。
啟動測量，軟件根據光譜變化計算工件底部厚度及總深度。
4. 誤差分析與解決方案
鍍膜厚度（5~10微米）接近或低于傳感器分辨率極限，可能導致測量誤差。具體表現為：
5. 實驗數據與結果分析
標定塊測量：標定塊實際厚度Tref=1.000±0.001毫米，測量值Tmeas=0.9995±0.0005毫米，表明系統初始標定精度良好。
工件測量：在未考慮鍍膜影響的情況下，工件底部厚度測量值為Tbottom=0.501±0.010毫米，深度測量值為Ddepth=4.005±0.015毫米。
鍍膜修正后：應用誤差補償模型，修正后工件底部厚度測量值為Tbottom,corr=0.500±0.002毫米，顯著提高了測量精度。
6. 結論
本文提出的光譜共焦位移傳感器雙頭對射測量方法，有效解決了微小筒狀工件深度及底部厚度測量的難題。盡管鍍膜工藝對測量精度構成挑戰，但通過精密標定、算法優化及誤差補償，實現了高精度測量。未來研究可進一步探索更高級的算法模型，以進一步提升測量精度和穩定性，滿足更廣泛的工業測量需求。