行业知识 | 从选型到使用细节，工程师必须知道的光谱共焦仪常识

 

光谱共焦仪是一种高精度、非接触式的新型传感器，精度理论上可达纳米量级。由于其高精度、高分辨率以及易于实现三维数字化成像的独特优势，在生物医学、材料科学、半导体制造、表面工程研究、精密测量等领域均得到了广泛的应用。

 

明治的光谱共焦仪一直以来以高效稳定的发挥受到了广大用户的欢迎，也总结出了一套实用的使用方法，今天小明就来分享一下光谱共焦仪的选型、安装及保养。

 

 

 

光谱共焦选型要点

选型步骤/ Arrangement

1、确定测头工作量程

2、确定样品到测头前端的工作距离

3、考虑合适的光斑大小和最大倾角

4、控制器选型时首先看工作频率

5、考虑是否需要编码器触发

6、考虑是否需要多通道

 

选型技巧/ Arrangement

1、曲度较大的镜面（优先考虑大角度镜头）

2、粗糙表面（优先选择角度大、光斑小的镜头）

3、分辨率求较高:如测量微小缝隙沟槽、寻边、测量弧高时，优先选择角度大，光斑小的测头;

4、材料测厚:不透明材料或精度要求较高的透明材料，建议使用双测头对射测量，平整度及透明度高且精度

要求相对不高的透明材料可以使用单测头测厚; 

5、有较大段差表面:优先选择大量程测头;

6、透明膜厚测量:最小膜厚需大于测头量程的1/20;

7、多通道并列测量:优先选择小直径测头;

8、轮廓度测量:优先选择带编码器的控制器;

9、多点测量:速度要求不高时，可考虑一拖多控制器提升经济性;

10、实时性输出要求较高:可考虑带模拟量输出控制器。

 

 

光谱共焦的安装

控制器安装:
 

 

安装空间保持后方30mm以上，前部100mm以上，其它方向10mm以上；

如使用控制器背面卡扣挂至DIN导轨时，请务必确认控制器已切实固定;

如借用底部脚垫孔位进行安装时，请将脚垫至于控制器与固定板中间，选用螺丝不宜过长，以免顶到内部电路板造成电路板损坏;

请勿安装在会产生干扰的设备附近。如果不得不安装在干扰较多的环境下，请务必采取屏蔽措施。

最好使用设备配套DC电源适配器，如自行配置电源时请勿使用超过额定电压(DC24V±10%)的电压或交流电源;

连接IO、模拟量及编码器端子时，务必做好漏电保护，以免端子短路造成电路损坏。

测头的装夹:
 

 

如图1示，使用夹具夹持测头可装夹部位，建议使用环形夹具，以使产品夹持部位受力均匀，测量时测头不会产生晃动；夹具设计可参考下2图所示；对射测量时夹具设计可参考下3图所示

光纤跳线的安装：
 

 

1、将光纤跳线无标签端连接测头，有标签端连接控

制器，外铠装线看激光打标标识;

 

2、光纤跳线连接时须将光纤接头凸起处对准测头或

控制器光纤适配器值卡槽，对准后先推入再旋紧外部螺丝扣(最好双手操作以避免锁紧时发生偏转)，注意旋紧力度不可过大;

 

3、测头端光纤适配器接口设计有倾斜角度，此为特殊设计;

 

4、光纤跳线可以走设备拖链，但需注意折弯半径不

低于30mm，光纤接头处最好预留90mm以上空间;

5、安装时不得在光纤根部施加弯曲应力，不得强行

拖拽光纤，不得施加扭曲力，不得踩踏光纤，不得在光纤上放置重物;

6、 拆下光纤跳线时，请务必将附带的保护盖安装至

光纤跳线的连接器。如在拆下保护盖的状态下放置，则可能会因附着异物而导致错误测量。

 

 

 

 

 

请勿安装在以下场所

 

环境温度超过额定范围(5℃~40℃)的场所;温度变化剧烈的场所(结露的场所);

相对湿度超过35~85%RH的范围的场所;有腐蚀性气体、可燃性气体的场所;有尘埃、盐分、铁屑的场所;直接施加振动、冲击的场所;

有强外部干扰光(激光、弧焊光、紫外光等)照射的场所;日光直射的场所或制热器具的近旁;

有水、油、化学品的飞沫或油雾的场所;有强磁场、强电场的场所

 

 

 

光量校正方法

通过在无入射光状态下获取背景光数据进行光量量校正。光量校正一般在如下情况下进行:

a. 在传感器控制器上拔插光纤跳线时(含初次连接时); b. 通过光纤适配器进行光纤延长时;

c. 设备出现异常时，如不在量程范围内出现测量值时。

校正数据自动保存于控制器内部，因此在校正后只要光纤连接状态不变，无需每次开机均进行该操作。通过不透明物体对测头前端进行遮光或使工件充分远离测量范围的状态下，校正传感器;光量校正建议在开机30分钟以后再进行。

 

 

测量干扰因素

外界环境温度:
 

环境温度变化会导致测量误差的产生。请确保环境温度恒定。环境温度每变化10℃，

本机内部温度相应调整大约需要60 分钟。因此请于接通电源后，放置约30 分钟再使用。电源接通瞬间电路尚未稳定，测量值可能会逐渐漂移。

 

异物、尘埃:

异物、尘埃、水或油分均可能造成测量误差。如有附着于共焦测头前方玻璃:前方玻璃部分的脏污，请以干净空气吹除。如果脏污严重，请用软布湿酒精(乙醇、异丙醇等)后拭去；

附着于测量对象表面:请使用干净空气吹除，或将污物擦拭清除;浮游物或飞沫侵入光轴区域:请采取加装保护盖或气帘隔离等对策。

 

震动:

测量产品如果震动，测量值有时会出现偏差。此时，可通过调整夹具或为设备加装防震元器件来减小震动影响，或者通过提高测量值平均次数，来提高测量重复精度。

 

空气流动:

缓慢流动的空气会导致测量值误差。此时，可采取措施 将测量部位遮挡起来，或者通过风扇或其它手段改变空气流向减小其影响。

 

 

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光谱共焦的清洁和保养
 

 

要清洁传感器测头、光纤跳线或传感器控制器时，请勿使用稀释剂、汽油、丙酮、柴油等。

测头、传感器控制器的投受光部大面积附着异物或灰尘时，请使用吹刷(摄像镜头用)进行吹扫。请勿以吹气的方式吹扫。

 小面积异物、灰尘或油脂造成的脏污则请使用无尘布或拭镜布仔细擦拭。请避免用力擦拭。投受光部如有损伤，则会导致测量误差。

 请勿接触光纤跳线接头的陶瓷端面。否则会导致性能老化。接触或弄脏时，请使用专用光纤清洁剂或无尘布擦除污垢。此外，请勿使用蘸有酒精的布匹，否则可能再次附着污垢。

 控制器排气孔请定期(清扫周期视传感器安装环境定)清扫，以免有尘埃或粉尘堵塞。否则会引起内部蓄热，从而导致故障。

 部分测头镜头前端面贴有专用贴膜，用于提高镜头分辨性能，请勿自行随意清除。