CN113465520A - 实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统及方法，利用测得的倾斜角度实时修正厚度测量数据，获得实际厚度，消除了倾角误差的影响，解决了现有技术中厚度测量受倾角误差影响大，系统不可靠、实用性降低的问题。该系统包括厚度测量单元和倾斜角度测量单元；厚度测量单元将被测透明材料上下表面反射回的色散光波传输至数据处理模块，倾斜角度测量单元将被测透明材料表面反射回的测角光波传输至数据处理模块，数据处理模块解算色散光波的光谱，并获得测角光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离，通过信号处理和数据解算，得到被测透明材料的倾斜角度，利用倾斜角度修正厚度测量数据，获得被测透明材料的实际厚度。

Description

实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统及方法

技术领域

本发明属于光电传感系统精密测量领域，具体涉及一种实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统及方法。

背景技术

光谱共焦法实现透明材料厚度测量系统的基本工作原理如图1所示，光源发出宽光谱复色白光，通过光纤、耦合器将复色光传输到色散物镜，经色散物镜产生轴向色散，各光谱形成对应的单色聚焦点，在一定范围内的出射光轴方向形成聚焦位置与波长之间的精确对应关系，透明材料放置于测量范围内，上下表面均会反射回特定波长的光；其他光波无法在表面聚焦而形成弥散斑，反射回测量系统的光能极弱。待测透明材料上下表面反射回的光束再次经色散物镜、耦合器、光纤传输至分光系统，经分光系统后由CCD光电探测器接收，根据光谱曲线的两个峰值对应于上下表面的空间位置，即可推算出透明材料的厚度。透明材料的厚度H可以表示为：

如图2所示，经过色散物镜后聚焦在上下表面的光波分别为λ₁、λ₂，h₀为λ₁、λ₂在空气中的轴向色散距离，n为透明材料的折射率，θ₁为λ₂入射至透明材料上表面的入射角。光谱共焦法使用宽谱光源通过光学色散原理使色散物镜产生轴向色差，建立色散距离与波长间的对应关系，利用分光光谱仪探测聚焦于物体表面并反射回来的光谱峰值波长，获得精确的轴向位置或微小位移数据，该系统能够突破普通光学显微镜的衍射极限，达到nm量级的超高测量分辨率，且不易受杂光、振动等干扰因素的影响，对环境及材料具有广泛的适应性。

实际应用时，由于人为操作或安装误差，透明材料放置时，会存在材料表面不与色散物镜光轴完全垂直的情况，如图3所示，透明材料表面倾斜角度为θ时，测量出的厚度H’与实际厚度H存在偏差，从而影响系统测量精度。

H＝H′cosθ

理想情况下，色散物镜光轴与被测透明材料表面完全垂直时测量精度最高，由于环境震动或操作及装配误差，难以保证透明材料表面完全水平，因此为实现精确测量，需额外引入倾斜角度测量系统，通过实际测量得到的表面倾斜角度θ，并根据θ值的大小，完成厚度测量的数据补偿。但是，额外引入倾斜角度测量系统将导致整体系统结构复杂、体积庞大，这和光学测量仪器小型化、轻型化的需求是矛盾的，另外还会导致系统成本增加，安装调试困难、操作复杂，特别是对于量产的透明材料，若在测量每件材料厚度前均先测量材料表面倾斜角度会额外增加许多工作量，耗时较多，得不偿失。

发明内容

本发明的目的是解决现有光谱共焦法测量透明材料的厚度时，受透明材料表面随机倾斜角度的影响，导致测量准确度低、误差大，使得测量系统的性能及实用性降低的问题，提供一种实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统及方法，该系统和方法同时还能够测量透明材料表面的倾斜角度，利用测量得到的倾斜角度修正厚度测量数据，获得透明材料的实际厚度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统包括厚度测量单元和倾斜角度测量单元；所述厚度测量单元包括第一光源、耦合器、色散物镜、分光系统、光电探测器和数据处理模块；所述第一光源发出的复色光波经耦合器、色散物镜传输至被测透明材料表面，在色散物镜的作用下，复色光波中的λ₁光波、λ₂光波分别聚焦于被测透明材料的上表面和下表面，被测透明材料的上表面和下表面分别将λ₁光波、λ₂光波反射回色散物镜，经耦合器、分光系统后被光电探测器接收，光电探测器将接收到的λ₁光波、λ₂光波的信号传输至数据处理模块；所述倾斜角度测量单元包括第一分光棱镜、第二分光棱镜、第二光源和自准直光学系统；所述第一分光棱镜设置在被测透明材料上方，用于对λ₁光波、λ₂光波进行反射，所述第二分光棱镜设置在分光系统和光电探测器之间，用于对λ₁光波、λ₂光波进行透射；所述第二光源发出的λ₃光波经第二分光棱镜的透射、自准直光学系统的准直作用后，成为平行光束出射，平行光束经第一分光棱镜的透射传输至被测透明材料的上表面，经被测透明材料上表面反射回第一分光棱镜和自准直光学系统，经自准直光学系统聚焦和第二分光棱镜的反射后，聚焦在光电探测器端面，被光电探测器接收；所述光电探测器将接收到的λ₁光波、λ₂光波和λ₃光波信号输送至数据处理模块，数据处理模块解算λ₁光波、λ₂光波的光谱，并获得λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离，通过信号处理和数据解算，得到被测透明材料的倾斜角度，并通过倾斜角度对测量厚度进行修正，获得被测透明材料的实际厚度H_S；所述数据处理模块包括计算机程序，所述计算机程序被执行时实现以下算法：

其中，h₀为λ₁光波、λ₂光波在空气中的轴向色散距离；n为被测透明材料的折射率，θ₁为λ₂光波入射至被测透明材料上表面的入射角；H_C为被测透明材料的测量厚度；y’为λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离；f’为自准直光学系统的焦距，θ为被测透明材料的表面倾斜角度。

进一步地，为避免色散光波λ₁、λ₂中的其中一个光波光谱和测角光波λ₃的光波光谱相同，使数据处理模块判断不出色散光波λ₁、λ₂和测角光波λ₃；本发明系统还设置有电控装置；所述电控装置连接数据处理模块和第二光源，数据处理模块在仅接收到两个光谱信号时，数据处理模块驱动电控装置使第二光源断电，使数据处理模块先判定色散光波λ₁、λ₂；再通过电控装置控制第二光源通电，使数据处理模块判定测角光波λ₃；其余情况下，系统工作时，数据处理模块通过电控装置控制第二光源通电。

进一步地，所述第一光源和耦合器通过第一光纤连接，所述耦合器和分光系统通过第二光纤连接。

进一步地，所述色散物镜的轴线与自准直光学系统的轴线垂直；所述第一分光棱镜设置在被测透明材料上方，中心处于色散物镜和自准直光学系统二者轴线的交点上，所述第一分光棱镜的入射端面分别与入射光束的轴线垂直；所述第一分光棱镜对λ₁光波、λ₂光波起反射作用，对λ₃光波起透射作用。

进一步地，分光系统的轴线与第二光源发出的λ₃光束的轴线垂直；所述第二分光棱镜设置在分光系统和光电探测器之间，中心处于分光系统和第二光源发出的λ₃光束二者轴线的交点上，所述第二分光棱镜的入射端面分别与入射光束的轴线垂直；所述第二分光棱镜对λ₁光波、λ₂光波起透射作用，对第二光源发出的入射λ₃光波起透射作用，对透明材料上表面反射回的λ₃光波起反射作用。

进一步地，所述第二光源处于自准直光学系统的物方焦点上，所述光电探测器处于自准直光学系统的像方焦点上；所述自准直光学系统对经第二分光棱镜透射的第二光源发出的λ₃光波起准直作用，出射光束为平行光束；所述自准直光学系统对经第一分光棱镜透射的透明材料上表面反射回的λ₃光波起聚焦作用，出射光束为会聚光束。

进一步地，所述第一分光棱镜和第二分光棱镜中间的斜面为分光面，对光束同时起透射和反射作用；所述光电探测器为CCD或CMOS。

同时，本发明还提供一种实现透明材料厚度的测量方法，包括以下步骤：

步骤一、将被测透明材料放置在测量平台上；

步骤二、在被测透明材料的上方设置第一光源、耦合器、色散物镜、分光系统、光电探测器、数据处理模块、第二光源、自准直光学系统、第一分光棱镜和第二分光棱镜；

步骤三、第一光源发出的复色光波经耦合器、色散物镜传输至被测透明材料表面，在色散物镜的作用下，复色光波中的λ₁光波、λ₂光波分别聚焦于被测透明材料的上表面和下表面，被测透明材料的上表面和下表面分别将λ₁光波、λ₂光波反射回色散物镜，经耦合器、分光系统后被光电探测器接收；

步骤四、第二光源发出的λ₃光波经第二分光棱镜的透射、自准直光学系统的准直作用后，成为平行光束出射，平行光束经第一分光棱镜的透射传输至被测透明材料的上表面，经被测透明材料上表面反射回第一分光棱镜和自准直光学系统，经自准直光学系统聚焦和第二分光棱镜的反射后，聚焦在光电探测器端面，被光电探测器接收；

步骤五、光电探测器将接收到的λ₁光波、λ₂光波和λ₃光波信号输送至数据处理模块，数据处理模块解算λ₁光波、λ₂光波的光谱，并获得λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离，通过信号处理和数据解算，进而得到被测透明材料的倾斜角度，并通过倾斜角度对测量厚度H_C进行修正，获得被测透明材料的实际厚度H_S；

其中，h₀为λ₁光波、λ₂光波在空气中的轴向色散距离；n为被测透明材料的折射率，θ₁为λ₂光波入射至被测透明材料上表面的入射角；H_C为被测透明材料的测量厚度；y’为λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离；f’为自准直光学系统的焦距，θ为被测透明材料的表面倾斜角度。

此外，本发明还提供一种实现透明材料倾斜角度测量的方法，包括以下步骤：

步骤一、将被测透明材料放置在测量平台上；

步骤二、在被测透明材料的上方设置第二光源、第二分光棱镜、自准直光学系统、第一分光棱镜、光电探测器和数据处理模块；

步骤三、第二光源发出的λ₃光波经第二分光棱镜的透射、自准直光学系统的准直作用后，成为平行光束出射，经第一分光棱镜的透射传输至被测透明材料的上表面，经被测透明材料上表面反射回第一分光棱镜和自准直光学系统，经自准直光学系统聚焦和第二分光棱镜的反射后，聚焦在光电探测器端面，被光电探测器接收；

步骤四、光电探测器将接收到的λ₃光波信号输送至数据处理模块，数据处理模块获得λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离，通过信号处理和数据解算，进而得到被测透明材料的倾斜角度；

其中，y’为λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离；f’为自准直光学系统的焦距，θ为被测透明材料的表面倾斜角度。

与现有技术相比，本发明系统和方法的有益效果是：

1.本发明装置和方法增加了被测透明材料表面倾斜角度测量功能，可在利用色散波长解算厚度数据的同时得到表面倾斜角度，对受表面倾斜角度影响的厚度数据进行实时修正，消除了倾斜角度误差的影响，解决了现有技术中被测透明材料存在表面倾斜导致系统测量误差大、不可靠、实用性降低的问题。

2.本发明装置和方法中，被测透明材料表面倾斜角度测量基于光学自准直原理，此种方式的角度测量精度高，能够有效保障修正后系统厚度测量数据的准确性和精确性；同时，本发明装置采用两个分光棱镜将基于光谱共焦法透明材料厚度测量单元和基于光学自准直法表面倾斜角度测量单元二者集成，共用一个光电探测器，使装置结构紧凑、成本降低，安装调试完成后即可省去每次测量前的标校工作，测量速度快，节省时间，特别适用于批量产品的连续测量。

3.本发明装置中采用光学自准直法测量表面倾斜角度时，采用确定的单一光谱，且增加了控制部分，利用电控装置解决了角度测量光波光谱与色散光波光谱相同的问题，使系统获取色散光波和角度测量光波时不受相互影响；此外，本发明装置可根据被测透明材料的厚度范围进行其他量程色散物镜的替换，装置其余部分均可不变，操作方便，适用性广。

4.本发明装置相比传统额外增加角度测量系统，误差影响因素较少，测量精度较高；同时具有原理简单、操作方便及工程化能力强的特点，本发明装置也可拓展应用于多表面/多层透明材料厚度和厚度分布以及倾斜角度的测量，应用范围广。

附图说明

图1为现有光谱共焦法透明材料厚度测量系统的基本原理图；

图2为现有光谱共焦法测量透明材料厚度示意图；

图3为透明材料表面存在倾斜角度θ时厚度测量误差的示意图；

图4为本发明测量系统中第一分光棱镜的结构示意图；

图5为本发明测量系统中第二分光棱镜的结构示意图；

图6为本发明实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统示意图。

附图标记：1-第一光源，2-第一光纤，3-耦合器，4-色散物镜，5-分光系统，6-光电探测器，7-第二光纤，8-第一分光棱镜，9-第二分光棱镜，10-第二光源，11-自准直光学系统，12-电控装置，13-数据处理模块，14-被测透明材料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统及方法，在实现透明材料厚度测量的同时还能够测量透明材料表面的倾斜角度，利用测量得到的倾斜角度实时修正受表面倾斜角度影响的厚度测量数据，获得透明材料的实际厚度，消除了倾斜角度误差的影响，解决了现有技术中被测透明材料存在表面倾斜导致系统厚度测量误差大、不可靠、系统实用性降低的问题。

如图6所示，本发明实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统包括厚度测量单元和倾斜角度测量单元，厚度测量单元包括第一光源1、耦合器3、色散物镜4、分光系统5、光电探测器6和数据处理模块13，第一光源1和耦合器3通过第一光纤2连接，耦合器3和分光系统5通过第二光纤7连接；倾斜角度测量单元包括第一分光棱镜8、第二分光棱镜9、第二光源10和自准直光学系统11。

第一光源1发出的光波依次经第一光纤2、耦合器3传输至色散物镜4，然后经第一分光棱镜8的反射传输至被测透明材料14表面；此时，第一光源1发出的光波为宽光谱复色光，在色散物镜4的作用下，复色光波经色散物镜4后产生轴向色散，各光谱在光束传播的轴线方向上形成对应的单色聚焦点，其中λ₁光波、λ₂光波分别聚焦在被测透明材料14的上表面和下表面，经上表面和下表面的反射又重新反射回第一分光棱镜8和色散物镜4，其余波长的光线无法在表面聚焦，反射回的光能极其微弱，λ₁光波、λ₂光波反射回色散物镜4后，经耦合器3、第二光纤7、分光系统5传输至第二分光棱镜9，经第二分光棱镜9的透射作用到达光电探测器6，由光电探测器6接收。

第二光源10发出的λ₃光波经第二分光棱镜9的透射、自准直光学系统11的准直作用，成为平行光束出射，平行光束经过第一分光棱镜8的透射传输至被测透明材料14的上表面，经上表面的反射作用反射回第一分光棱镜8和自准直光学系统11，经自准直光学系统11聚焦和第二分光棱镜9的反射后，聚焦在光电探测器6端面，由光电探测器6接收。

光电探测器6将接收到的λ₁光波、λ₂光波和λ₃光波信号输送至数据处理模块13，数据处理模块13解算λ₁光波、λ₂光波的光谱，并获得λ₃光波在光电探测器6上的聚焦点偏离光电探测器6中心的距离，通过信号处理和数据解算，得到被测透明材料14的倾斜角度，并通过倾斜角度对解算数据进行修正，获得被测透明材料14的实际厚度；该数据处理模块具体可采用计算机等设备。

色散物镜4的轴线与自准直光学系统11的轴线垂直；第一分光棱镜8设置在被测透明材料14上方，中心处于色散物镜4和自准直光学系统11二者轴线的交点上，第一分光棱镜8的入射端面分别与入射光束的轴线垂直；第一分光棱镜8对色散物镜4出射的光波起反射作用，对自准直光学系统11出射的光波起透射作用；分光系统5的轴线与第二光源10发出的光束的轴线垂直；第二分光棱镜9设置在分光系统5和光电探测器6之间，中心处于分光系统5和第二光源10发出的光束二者轴线的交点上，第二分光棱镜9的入射端面分别与入射光束的轴线垂直；第二分光棱镜9对分光系统5出射的光波起透射作用，对第二光源10发出的入射光波起透射作用，对自准直光学系统11返回的被测透明材料14的反射光波起反射作用；第二光源10处于自准直光学系统11的物方焦点上，光电探测器6处于自准直光学系统11的像方焦点上；自准直光学系统11对经第二分光棱镜9透射的第二光源10发出的光波起准直作用，出射光束为平行光束；自准直光学系统11对经第一分光棱镜8透射的透明材料14上表面反射回的光波起聚焦作用，出射光束为会聚光束；电控装置12连接数据处理模块13和第二光源10，数据处理模块13在仅接收到两个光谱信号时，数据处理模块13驱动电控装置12使第二光源10断电，使数据处理模块13先判定分光系统5出射的色散光波，再通过电控装置12控制第二光源10通电，使数据处理模块13判定自准直光学系统11返回的测角光波，其余情况下，系统工作时，数据处理模块13通过电控装置12控制第二光源10通电；如图4和图5所示，第一分光棱镜8和第二分光棱镜9中间的斜面为分光面，对光束同时起透射和反射作用；光电探测器6为CCD或CMOS。

当被测透明材料14存在表面倾斜角度θ时，第二光源10发出的λ₃光波最终在光电探测器6上的聚焦点偏离光电探测器6中心的距离为y’，则倾斜角度θ为：

其中，f’为自准直光学系统11的焦距；当y’＝0mm时，θ＝0°，此时λ₃光波聚焦在光电探测器6端面的中心，称为零位位置。

根据测量得到的透明材料表面倾斜角度θ，结合λ₁、λ₂对应的轴向色散距离、被测透明材料的折射率、λ₂入射至被测透明材料上表面的入射角即可完成被测透明材料的厚度解算，被测透明材料的实际厚度H_S为：

其中，h₀为λ₁光波、λ₂光波在空气中的轴向色散距离；n为被测透明材料的折射率，θ₁为λ₂光波入射至被测透明材料上表面的入射角；H_C为被测透明材料的测量厚度，θ为被测透明材料的表面倾斜角度。

此外，上述系统可根据被测透明材料的厚度范围进行其他量程色散物镜的替换，且本发明测量装置也可应用于多表面/多层透明材料的厚度和厚度分布以及倾斜角度的测量，此时，透明材料的表面数或层数决定了反射的色散波长的个数。

Claims (10)

1.一种实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统，包括厚度测量单元，所述厚度测量单元包括第一光源(1)、耦合器(3)、色散物镜(4)、分光系统(5)、光电探测器(6)和数据处理模块(13)；

所述第一光源(1)发出的复色光波经耦合器(3)、色散物镜(4)传输至被测透明材料(14)表面，在色散物镜(4)的作用下，复色光波中的λ₁光波、λ₂光波分别聚焦于被测透明材料(14)的上表面和下表面，被测透明材料(14)的上表面和下表面分别将λ₁光波、λ₂光波反射回色散物镜(4)，经耦合器(3)、分光系统(5)后被光电探测器(6)接收，光电探测器(6)将接收到的λ₁光波、λ₂光波的信号传输至数据处理模块(7)；

其特征在于：还包括倾斜角度测量单元；

所述倾斜角度测量单元包括第一分光棱镜(8)、第二分光棱镜(9)、第二光源(10)和自准直光学系统(11)；所述第一分光棱镜(8)设置在被测透明材料(14)上方，用于对λ₁光波、λ₂光波进行反射，所述第二分光棱镜(9)设置在分光系统(5)和光电探测器(6)之间，用于对λ₁光波、λ₂光波进行透射；

所述第二光源(10)发出的λ₃光波经第二分光棱镜(9)的透射、自准直光学系统(11)的准直作用后，成为平行光束出射，平行光束经第一分光棱镜(8)的透射传输至被测透明材料(14)的上表面，经被测透明材料(14)上表面反射回第一分光棱镜(8)和自准直光学系统(11)，经自准直光学系统(11)聚焦和第二分光棱镜(9)的反射后，聚焦在光电探测器(6)端面，被光电探测器(6)接收；

所述光电探测器(6)将接收到的λ₁光波、λ₂光波和λ₃光波信号输送至数据处理模块(13)，数据处理模块(13)解算λ₁光波、λ₂光波的光谱，并获得λ₃光波在光电探测器(6)上的聚焦点偏离光电探测器(6)中心的距离，通过信号处理和数据解算，得到被测透明材料(14)的倾斜角度，并通过倾斜角度对测量厚度进行修正，获得被测透明材料(14)的实际厚度H_S；

所述数据处理模块(13)包括计算机程序，所述计算机程序被执行时实现以下算法：

其中，h₀为λ₁光波、λ₂光波在空气中的轴向色散距离；n为被测透明材料(14)的折射率，θ₁为λ₂光波入射至被测透明材料(14)上表面的入射角；H_C为被测透明材料(14)的测量厚度；y’为λ₃光波在光电探测器(6)上的聚焦点偏离光电探测器(6)中心的距离；f’为自准直光学系统(11)的焦距，θ为被测透明材料(14)的表面倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统，其特征在于：还包括电控装置(12)；所述电控装置(12)分别与数据处理模块(13)和第二光源(10)连接，数据处理模块(13)根据接收的数据控制第二光源(10)的工作状态。

3.根据权利要求1所述的实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统，其特征在于：所述第一光源(1)和耦合器(3)通过第一光纤(2)连接，所述耦合器(3)和分光系统(5)通过第二光纤(7)连接。

4.根据权利要求1所述的实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统，其特征在于：所述色散物镜(4)的轴线与自准直光学系统(11)的轴线垂直；所述第一分光棱镜(8)的中心处于色散物镜(4)轴线和自准直光学系统(11)轴线的交点上。

5.根据权利要求1所述的实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统，其特征在于：所述分光系统(5)的轴线与第二光源(10)发出的λ₃光束的轴线垂直；所述第二分光棱镜(9)的中心处于分光系统(5)轴线和第二光源(10)发出的λ₃光束轴线的交点上。

6.根据权利要求1所述的实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统，其特征在于：所述第二光源(10)处于自准直光学系统(11)的物方焦点上，所述光电探测器(6)处于自准直光学系统(11)的像方焦点上；所述自准直光学系统(11)对经第一分光棱镜(8)透射的被测透明材料(14)上表面反射的λ₃光波起聚焦作用，出射光束为会聚光束。

7.根据权利要求1所述的实现透明材料厚度和倾斜角度测量的系统，其特征在于：所述第一分光棱镜(8)和第二分光棱镜(9)中间的斜面为分光面，对光束同时起透射和反射作用；所述光电探测器(6)为CCD或CMOS。

8.一种实现透明材料厚度测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将被测透明材料放置在测量平台上；

步骤二、在被测透明材料的上方设置第一光源、耦合器、色散物镜、分光系统、光电探测器、数据处理模块、第二光源、自准直光学系统、第一分光棱镜和第二分光棱镜；

步骤三、第一光源发出的复色光波经耦合器、色散物镜传输至被测透明材料表面，在色散物镜的作用下，复色光波中的λ₁光波、λ₂光波分别聚焦于被测透明材料的上表面和下表面，被测透明材料的上表面和下表面分别将λ₁光波、λ₂光波反射回色散物镜，经耦合器、分光系统后被光电探测器接收；

步骤四、第二光源发出的λ₃光波经第二分光棱镜的透射、自准直光学系统的准直作用后，成为平行光束出射，经第一分光棱镜的透射传输至被测透明材料的上表面，经被测透明材料上表面反射回第一分光棱镜和自准直光学系统，经自准直光学系统聚焦和第二分光棱镜的反射后，聚焦在光电探测器端面，被光电探测器接收；

步骤五、光电探测器将接收到的λ₁光波、λ₂光波和λ₃光波信号输送至数据处理模块，数据处理模块解算λ₁光波、λ₂光波的光谱，并获得λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离，通过信号处理和数据解算，得到被测透明材料的倾斜角度，并通过倾斜角度对测量厚度进行修正，获得被测透明材料的实际厚度H_S；

其中，h₀为λ₁光波、λ₂光波在空气中的轴向色散距离；n为被测透明材料的折射率，θ₁为λ₂光波入射至被测透明材料上表面的入射角；H_C为被测透明材料的测量厚度；y’为λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离；f’为自准直光学系统的焦距，θ为被测透明材料的上表面倾斜角度。

9.根据权利要求8所述的实现透明材料厚度测量的方法，其特征在于：步骤五中，所述数据处理模块在仅接收到两个光谱信号时，数据处理模块驱动电控装置使第二光源断电，使数据处理模块先判定色散λ₁光波、λ₂光波；再通过电控装置控制第二光源通电，使数据处理模块判定测角光波λ₃；测量系统工作时，数据处理模块通过电控装置控制第二光源通电。

10.一种实现透明材料倾斜角度测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将被测透明材料放置在测量平台上；

步骤二、在被测透明材料的上方设置第二光源、第二分光棱镜、自准直光学系统、第一分光棱镜、光电探测器和数据处理模块；

步骤三、第二光源发出的λ₃光波经第二分光棱镜的透射、自准直光学系统的准直作用后，成为平行光束出射，再经第一分光棱镜的透射传输至被测透明材料的上表面，经被测透明材料上表面反射回第一分光棱镜和自准直光学系统，经自准直光学系统聚焦和第二分光棱镜的反射后，聚焦在光电探测器端面，被光电探测器接收；

步骤四、光电探测器将接收到的λ₃光波信号输送至数据处理模块，数据处理模块获得λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离，通过信号处理和数据解算，进而得到被测透明材料的倾斜角度；

其中，y’为λ₃光波在光电探测器上的聚焦点偏离光电探测器中心的距离；f’为自准直光学系统的焦距，θ为被测透明材料的表面倾斜角度。

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