中國自動化測量市場從2009年以來，受以蘋果生產鏈為代表，及其他3C制造生產鏈的影響，開始逐步大批量使用光學位移傳感器做質量檢測，這種使用方式更多的是一種高精度的定性判斷，判斷產品是否在公差帶之內。起初，一臺測量設備就是單一測量某一種樣品，這樣可以通過大量的數據驗證找到數據相關性關系，再加上一定的各種補償值，即可實現穩定的質量檢測目的。這種要求更多的是看傳感器及其整套測量設備的重復性，對絕對精度和分辨率沒有過高的要求。
但是現在隨著自動化測量更大面積推廣，更多時候是一臺測量設備隨機測量各種樣品，每次測量前通過人為二次標定實現測量精度就完全不現實了。在2.5次元、三坐標等測量設備上裝載光譜共焦傳感器需要實現的是絕對精度的測量，對精度和分辨率的要求就要更高了。而不單單是看重復測量精度。
光譜共焦傳感器最突出的特點就是超高的精度和超高的分辨率。
怎么用一種簡單的辦法，驗證一臺光譜共焦傳感器的精度和分辨率呢？
驗證指標
? ?精度、分辨率、重復性
? ? ?驗證工具：“標準臺階塊”、“平面平晶” 和“V型鐵”
01
精度
注：專業驗證位移傳感器精度的方式是一端用干涉儀，一端用位移傳感器，中間放測量目標物（一般是平面平晶或者全放射平面鏡），通過測量比對干涉儀和位移傳感器的測量值，評價位移傳感器的線性精度。這種方式只能是在有高精度干涉儀和高精度運動臺的第三方機構才可以實現。而用戶一般都是將傳感器加載到設備上，此種精度驗證方式不方便在使用現場實現。
我們推薦一種更簡單的方式，就是采用標準臺階驗證光譜共焦傳感器的測量精度。這種方式簡單，容易在使用現場實現，但是其中有一個最最關鍵的問題是需要有具備這種理想條件的臺階。我們稱這種理想的高精度臺階為“階規”。
“階規”需要具備的性能：
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平面度，每個臺階面必須具備超高的平面度，否則選取不同位置測量時就會有差異變化，無從評估傳感器的精度（THINKFOCUS階規平面度≤10nm）；
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平行度，兩個臺階面必須具備超高的平行度，否則選取不同位置測量時就會有差異變化，無從評估傳感器的精度（THINKFOCUS階規平行度≤10nm）；
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精度，保證平面度和平行度的前提下還要有絕對精度的保證，比如10um標準臺階，不能做出來個13um臺階（THINKFOCUS階規高度精度≤10nm）。
注：有些用戶可能會使用兩塊量塊疊加到一起做精度驗證測量，這個是完全不可行的一個辦法。量塊自身平面度不佳，尤其是兩塊量塊手工擺到一起的平行度完全無從談起，量塊一般厚度精度標稱也就是1um（而且整個面內的厚度并非完全一致），所以無法評估測量精度遠遠高于1um的光譜共焦傳感器。
型號：CDS-500/OP5-Fe
中國計量科學研究院精度驗證數據。
型號：CDS-500/OP4-Fe
上海交通大學精度驗證數據。
精度驗證?
使用THINKFOCUS高精度階規，將光譜共焦測頭加載到測量設備上，讓光譜共焦測頭對階規做（X或Y方向）相對掃描運動，實時獲取光譜共焦的測量值。建議獲取的是整條掃描軸上一列的測量值，可以將此列測量值做二乘法擬合校平處理，以便消除測頭和階規因為擺放角度而帶來的誤差影響。
THINKFOCUS光譜共焦測量精度驗證結果
中國計量科學研究院對THINKFOCUS階規的計量結果——?中心區實測值小于10nm。
02
分辨率
分辨率是指傳感器在量程范圍內能夠檢測出的被測量對象最小變化量。分辨率也是評價光譜共焦傳感器最基礎、最簡單的一個部分。因為用戶經常會直接看整套設備測量的整體重復性，所以把分辨率有一定忽略。
評價光譜共焦傳感器分辨率最簡單的辦法就是看傳感器及被測物均靜止不動時，傳感器的示值波動。
請注意！以日系廠家為代表，很多廠家在分辨率上都有嚴重作弊。在看傳感器參數表時候一定注意看其下面的小字標注。很多廠家分辨率的參數是在2048次甚至16384次平均的前提下給出的，實際使用中根本無法接受如此高的平均計算后輸出結果數據（例如用1khz采樣頻率計算，16384次平均就是1.6384s中的測量數據平均，然后才可以輸出一次測量值）。自動化測量都是在高速運動中測量，過高的移動平均會將被測樣品實際形貌完全過濾掉。THINKFOCUS光譜共焦傳感器在出廠標定和絕大多數使用場合均是采用無平均化處理。
分辨率驗證?
注：分辨率的驗證看似簡單，但是一定要注意避免一個大問題，就是結構的振動或者變形。很多自動化測量設備都是采用機械連接結構，并且還是多級多軸的連接，如果在這種結構上去驗證分辨率，監測一定時長（比如5分鐘甚至更長時間）就會看到傳感器的數值在短時間內存在跳動，并且在長時間看存在一個類似漂移值。這種問題存在兩種可能，一種可能是傳感器自身的確是分辨率比較差，并且存在明顯的溫漂現象；還一種可能是以上現象是因為機械結構自身穩定性導致，不是傳感器的問題。
V型鐵
為了剔除機械結構對傳感器測量數據驗證的影響，我們建議將光譜共焦測頭和平面平晶，平放到V型鐵上（如上圖）。靠自身重力擺放，沒有外力影響。這樣是既容易，又最簡單的剔除機械結構影響的辦法。使用平面平晶是因為第一光譜共焦的出廠標定一般都是用平面平晶，第二平面平晶也是圓柱形，方便跟共焦測頭一起擺放到V形鐵上。如果必須懸掛放置，請務必減少連接層級，使用穩固的方鋼或者大理石構件（如下視頻所示）。
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03
重復性
重復性是業內經常會去評價的一個指標，這里不做贅述，一般都是放置實際測量樣品，運行設備和軟件，10次-30次看測量結果的重復性。
重復性驗證
CLS-3000測量油墨的重復性視頻
原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：如何驗證光譜共焦傳感器的精度丨科普篇
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