本发明属于非接触式位移测量，具体涉及一种光谱共焦位移传感装置及其使用方法。
背景技术：
1、制造产业质量的提升依赖于对产品各项参数的准确控制，而精密测量技术的进步则为其提供了可靠的依据，当前的测量技术正在不断向精密化、智能化、集成化的方向发展。光谱共焦位移测量技术以其非接触式、精度高、适应性强、易集成，成本低等优势，经常被应用于测量产品的表面形貌、表面质量、厚度、振动等关键几何信息。
2、然而，在光谱共焦位移测量技术中，大多数光谱仪是将光纤中射出的光，经过光路衍射后，最终汇聚为圆点光斑，映射在探测器上进行聚焦光波长的分辨，但由于光谱仪中探测器噪声的限制，在对聚焦光光波的波峰提取时，提取到的波峰位置有抖动的现象，很难提取到高精度，且稳定的数据，导致光谱共焦位移传感装置的分辨率无法达到较高的水平。
技术实现思路
1、本发明实施例提供一种光谱共焦位移传感装置及其使用方法，旨在解决现有的光谱共焦位移测量难以进行分辨率的有效提升的问题。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
3、第一方面，本发明实施例提供一种光谱共焦位移传感装置，包括：
4、白光光源，用于发出宽频谱白光；
5、光纤耦合器，所述光纤耦合器的第一端通过光源转接光纤与所述白光光源的出光端连接；
6、色散镜头，连接于所述光纤耦合器的第二端，所述色散镜头用于将所述白光光源发出的复色光进行轴向色散，并将经过轴向色散的光线投射到被测物表面，还能将经被测物反射的聚焦光回传到所述光纤耦合器；
7、一字光转换透镜机构，通过一字光镜组转接光纤与所述光纤耦合器的第三端连接，所述一字光转换透镜机构用于将经被测物反射的聚焦光转换成一字形的光束；
8、衍射机构，用于将所述一字光转换透镜机构出射的一字形的光束进行衍射形成细长条状光束；以及
9、相机，用于接收经过所述衍射机构输出的细长条状光束，并根据细长条状光束形成光条图像。
10、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述相机的入光侧设有聚焦镜头。
11、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述一字光转换透镜机构包括光纤准直镜和设于所述光纤准直镜出光侧的鲍威尔棱镜。
12、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述衍射机构包括闪耀光栅。
13、一些实施例中，所述相机为面阵相机，所述聚焦镜头为变焦工业相机镜头。
14、本技术实施例所示的方案，与现有技术相比，白光光源发射出一束复色光，经过光源转接光纤射入光纤耦合器的第一端，再经第二端射入色散镜头，色散镜头使复色光发生轴向色散，色散后不同波长的光聚焦在光轴的位置不同，照射在被测物表面上形成一系列汇聚的同心彩色圆光斑，但只有光斑中心的光为被测物表面的聚焦光；聚焦光由被测物表面反射回色散镜头，会再汇聚到光纤耦合器的光纤纤芯中，以相反的方向再次通过第三端射入一字光转换透镜机构。射入一字光镜组转接光纤中的聚焦光，经过一字光镜组转接光纤发散射入一字光转换透镜机构，一字光转换透镜机构将经被测物反射的聚焦光转换成细长的一字形的光束，在光线汇聚的途中放入衍射机构，衍射机构可使光线发生衍射，衍射会使不同波长的光出现不同的衍射角，在入射角度一定的情况下，不同波长光的衍射角依次不同，使不同波长的光线射入相机镜头的位置不同，最终投射出细长条状光束。细长条状光束从不同的位置进入相机镜头，在相机内的感光元件上映射出细长光条的位置也会不同，从而得到不同位置的光条图像。通过辨别细长光条在图像中的位置，细长光条的位置信息与被测物表面的高度进行对应，从而获得不同的表面高度的信息。本技术能够有效的抑制噪声，得到更准确、更可靠的关于被测物表面的高度信息，提高了光谱共焦位移传感装置的精度及稳定性。
15、第二方面，本发明实施例还提供了一种光谱共焦位移传感装置的使用方法，基于上述的光谱共焦位移传感装置实现，包括如下步骤：
16、s10、通过光谱共焦位移传感装置获取细长条状光束的光条图像；
17、s20、提取所述光条图像的光条中心；
18、s30、将在像素坐标系下的若干光条中心的坐标作为离散点，进行直线拟合，求解出在像素坐标系下的直线方程，根据直线方程获取光条位置信息；
19、s40、使用精密滑台与激光干涉仪，对所述光谱共焦位移传感装置进行标定；将被测物体放于精密滑台上，在所述光谱共焦位移传感装置对被测物体进行测量的同时，也使用激光干涉仪对此被测物体进行测量，经过多次改变精密滑台的位移，得到若干组不同位置下测得的光条位置信息和对应的激光干涉仪测得的距离信息，从而得到光条位置信息与对应的距离信息的拟合曲线，即光条在图像中移动的像素与对应被测物体距离变化的关系，完成对谱共焦位移传感装置的标定；其中，所述精密滑台的运动方向与色散镜头的光轴方向平行，所述被测物体表面垂直于色散镜头的光轴；
20、s50、通过精密二维运动平台改变色散镜头测量被测物的位置，使色散镜头对被测表面进行二维扫描运动，获取被测物在不同位置下对应的光条位置信息，通过光条位置信息与对应的距离信息的拟合曲线，得到不同位置的高度信息，从而得到被扫描区域的三维信息；其中，所述精密二维运动平台的运动平面应垂直于色散镜头的光轴。
21、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，步骤s20具体包括：
22、s21、对光条图像进行降噪滤波，得到光条的灰度图像；
23、s22、从灰度图像的第一列像素开始，依次寻找每列像素点中灰度值最大的像素点；
24、若一列像素点中灰度值最大的像素点的灰度值大于灰度预设值，则以灰度值最大的像素点作为参考点；
25、s23、以参考点为原点，向上选取相邻且连续的第一预设数量的像素点，并向下选取相邻且连续的第二预设数量的像素点；
26、s24、根据向上选取的像素点和向下选取的像素点，计算得到光条中心。
27、一些实施例中，步骤s21具体包括：
28、s211、对原始的光条图像进行高斯滤波，降低相机噪声的影响；
29、s212、根据经过高斯滤波的光条图像获得光条的灰度图像。
30、一些实施例中，步骤s24具体包括：
31、根据向上选取的像素点和向下选取的像素点上使用灰度重心法，计算得到光条中心。
32、一些实施例中，步骤s30中，根据直线方程获取光条位置信息具体包括：
33、选取灰度图像中的中间像素列作为x值，带入当前的直线方程，计算得到y值，y值为光条位置信息。
34、本技术实施例所示的方案，与现有技术相比，基于上述的光谱共焦位移传感装置实现，操作流程简单，通过辨别细长光条在图像中的位置，细长光条的位置信息与被测物表面的高度进行对应，从而获得不同的表面高度的信息，能够有效的抑制噪声，得到更准确、更可靠的关于被测物表面的高度信息，提高了光谱共焦位移传感装置的精度及稳定性。
1.一种光谱共焦位移传感装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的光谱共焦位移传感装置，其特征在于，所述相机(6)的入光侧设有聚焦镜头(10)。
3.如权利要求1所述的光谱共焦位移传感装置，其特征在于，所述一字光转换透镜机构(4)包括光纤准直镜(410)和设于所述光纤准直镜(410)出光侧的鲍威尔棱镜(420)。
4.如权利要求1所述的光谱共焦位移传感装置，其特征在于，所述衍射机构(5)包括闪耀光栅(510)。
5.如权利要求2所述的光谱共焦位移传感装置，其特征在于，所述相机(6)为面阵相机(6)，所述聚焦镜头(10)为变焦工业相机(6)镜头。
6.一种光谱共焦位移传感装置的使用方法，基于如权利要求1-5中任意一项所述的光谱共焦位移传感装置实现，其特征在于，包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的光谱共焦位移传感装置的使用方法，其特征在于，步骤s20具体包括：
8.如权利要求7所述的光谱共焦位移传感装置的使用方法，其特征在于，步骤s21具体包括：
9.如权利要求7所述的光谱共焦位移传感装置的使用方法，其特征在于，步骤s24具体包括：
10.如权利要求7所述的光谱共焦位移传感装置的使用方法，其特征在于，步骤s30中，根据直线方程获取光条位置信息具体包括：
