随着高端精密制造业在我国的快速发展,对于产品厚度等参数的精密测量需求也随之增大。在许多领域例如手机玻璃面板生产、光学透镜加工以及航空铝材加工,都对厚度有严格的要求。由于一些产品在生产过程中具有高温等特性,使得其不易接触检测,以及接触式检测会对产品表面产生损伤,因此非接触式的厚度检测在这些领域具有广泛的应用需求。光谱共焦技术以其高精度、检测速度高、应用范围广等特点适用于厚度测量。光谱共焦系统能实现复色光解析从而编码单色光聚焦距离与聚焦波长,这一特点是光谱共焦厚度检测系统的基础。光谱共焦检测法克服了传统厚度检测系统诸多局限,广泛用于玻璃加工、手机外观检测、半导体芯片等领域。本文主要研究内容包括以下几个方面:论述了光谱共焦原理与利用光谱共焦进行厚度测量的可行性,介绍了国内外光谱共焦研究现状,提出了光谱共焦系统方案并分析系统各项性能指标。建立了共焦探头的参数模型、单共焦探头厚度测量数学模型。针对经典补偿模型未考虑平板材料折射率与波长关系这一问题,提出使用基准板标定平板材料折射率离散点,利用多项式拟合以及求解Sellmeier参数两种方式获取折射率关于波长函数。建立被测平板表面倾斜时的数学模型,分析了平板倾斜对厚度测量误差的影响,分析了被测平板倾斜对表面返回光谱信号峰值波长造成的漂移现象,提出了一种固定峰值波长最大光强法对共焦探头与被测平板平行度进行校准。建立双向对射系统不透明平板厚度测量数学模型,针对如何确定模型中共焦距离,提出使用基准板精确标定共焦距离。分析被测平板相对于光轴倾斜对于厚度测量的影响,以及两个共焦探头光轴不齐对于倾斜误差的放大效应,提出了利用共焦探头最大接收光强法对系统光轴进行对齐。分析了光源光谱特性对接收光谱信号的调制作用,及其对峰值波长解码的影响,提出差分法去除光源光谱特性消除光源光谱对光谱信号的作用。利用色散共焦探头以及光谱仪、宽光谱光源、Y型光纤、五轴位移平台等器件搭建了双向对射光谱共焦厚度检测系统,系统测量范围达到1.992mm。基于QT平台使用C++语言为系统开发了测量软件,集成了系统各类测量功能。针对系统光轴不准的问题,提出了光轴校准四步骤。利用激光干涉仪对两个共焦探头进行参数标定,获取了聚焦距离与聚焦波长的实际编码关系。利用厚度为0.552mm的基准板对经过光轴校准的系统标定共焦距离,对厚度为0.700mm的平板进行双向对射厚度检测,测量范围内10个不同位置平均测量误差为3.57um;利用单个共焦探头对厚度为0.542mm的基准板标定其材料折射率,并用于厚度为0.53mm的同种材料透明平板厚度检测,平均测量误差为2.66um。