一種非接觸式錐光全息測量系統的製作方法
2023-10-04 11:15:44 2
一種非接觸式錐光全息測量系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種非接觸式錐光全息測量系統，包括有發射雷射束的雷射系統、將經過擴束準直系統的雷射光束匯聚到被測物一點的光反射系統、收集返回光的光接收系統和偏振分光稜鏡；光反射系統包含有沿雷射束前進線路上排布的光闌、λ/4玻片和物鏡；光接收系統在光的傳播路線上有雙折射晶體、偏振片和光學照相裝置，光學照相裝置與計算機相連；雷射系統包括雷射光源和λ/2玻片，雷射光源下方的擴束準直系統包括擴束器和準直透鏡。本發明設計合理，結構簡單，實用於尺寸為101～102mm的常見工業零部件表面高度信息的測量；能夠綜合利用數字圖像處理技術和光學全息技術，進一步提高產品的測量精度。
【專利說明】一種非接觸式錐光全息測量系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於光電檢測【技術領域】，具體涉及一種基於相位-高度法的非接觸式錐光全息測量系統。
【背景技術】
[0002]目前，隨著工業測量領域的不斷擴展以及對測量精度和測量速度的要求不斷提高，傳統的接觸式測量已經無法滿足工業界的需求。而非接觸式測量由於其良好的精確性和實時性，成為測量領域的熱點。在光學方面，非接觸式測量方法主要有雙目、多目視覺測量、三角法測量、雷射掃描測量和數字全息測量等等。錐光全息法是數字全息測量方法中的一種，它是以晶體光學為基礎的偏振光幹涉測量方法，其原理是:當一束光聚焦到被測物表面一點時，該點向各個方向散射的光以錐光束的形態返回，返回光透過雙折射晶體分裂成尋常光與非尋常光分量，這兩個分量發生幹涉形成全息圖，根據全息圖的幹涉條紋獲取被測點的位置信息。獲取位置信息的方法有光強-高度法和相位-高度法兩種，即通過全息圖中包含的光強信息或相位信息來獲得被測高度。這樣，通過對不同點的測量從而完成對被測物表面形貌及距離的測量。
[0003]相比於一般全息法，錐光全息法對光源的相干性要求較低，具備較強的抗幹擾能力和環境適應性。然而，目前國內外對錐光全息系統的測量方法幾乎都是利用全息圖的光強信息來獲取被測量，如國際專利號US8129703，主要採用多幅圖相移技術，通過調節晶體前後的偏振片的偏振軸與波片光軸的夾角實現相移，進而改變系統的光強傳遞函數，然後根據多幅相移全息圖的光強信息來獲得被測表面的高度信息；但是這種光強-高度法的缺點是對光源的波動較為敏感，且存在移相誤差。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種基於相位-高度法的非接觸式錐光全息測量系統，該系統記錄的錐光全息圖中不僅包含光強信息，而且也包含相位信息，隨著被測高度的變化，測得圖像上的條紋數量及條紋寬度也發生變化，即全息圖上的條紋相位信息隨著被測量的變化而變化，從而通過對不同點的測量完成對被測物表面形貌及距離的測量。
[0005]基於上述見解，本發明是這樣實現的:
[0006]一種基於相位-高度法的高精度非接觸式錐光全息測量系統，包括有發射雷射束的雷射系統、將經過擴束準直系統的雷射光束匯聚到被測物一點的光反射系統、收集返回光的光接收系統和偏振分光稜鏡，其特徵在於，所述的光反射系統包含有沿雷射束前進線路上排布的光闌、λ/4玻片和物鏡；光接收系統在光的傳播路線上有雙折射晶體、偏振片和光學照相裝置；所述的光闌和雙折射晶體位於偏振分光稜鏡的兩側。
[0007]所述測量系統還包括一個與光學照相裝置相連的計算機。
[0008]上述的雷射系統位於擴束準直系統的上方，包括雷射光源和雷射光源下方的λ /2玻片；所述的雷射光源為帶溫控設備的雷射光源。
[0009]上述的擴束準直系統由擴束器和準直透鏡組成。
[0010]上述的光學照相裝置是以電荷耦合器件作為光敏感器和光電轉換器的高解析度CCD。
[0011]與現有的光強-高度法技術相比，本發明裝置不需要記錄多幅相移全息圖，系統中只需要採用單偏振片結構，簡化了光學系統，更側重於通過後期的相位信息提取來恢復高度信息；本發明設計合理，結構簡單緊湊，實用於尺寸為IO1?102mm的常見工業零部件表面高度信息的測量；能夠綜合利用數字圖像處理技術和光學全息技術，進一步提高產品的測量精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1:本發明整體結構不意圖，箭頭為光路。
[0013]其中:1、計算機2、雷射光源3、λ/2玻片4、擴束準直系統41、擴束器42、準直透鏡
5、偏振分光稜鏡6、光闌7、λ /4玻片8、物鏡9、被測物10、雙折射晶體11、偏振片12、光學照相裝置。
【具體實施方式】
[0014]下面結合實施例和附圖對本發明基於相位-高度法的高精度非接觸式錐光全息測量系統做進一步詳細的說明。
[0015]如圖1所示，一種基於相位-高度法的高精度非接觸式錐光全息測量系統，包括有發射雷射束的雷射系統、將經過擴束準直系統4的雷射光束匯聚到被測物9 一點的光反射系統、收集返回光的光接收系統和偏振分光稜鏡5。所述的光反射系統包含有沿雷射束前進線路上排布的光闌6、λ /4玻片7和物鏡8 ;光接收系統在光的傳播路線上有雙折射晶體
10、偏振片11和光學照相裝置12。
[0016]光接收系統和光反射系統位於偏振分光稜鏡5水平方向的兩側,雷射系統位於偏振分光稜鏡5的正上方；光闌6和雙折射晶體10位於偏振分光稜鏡的兩側,光闌6的另一側為λ /4玻片7和物鏡8，物鏡8的另一側放置被測物9 ;雙折射晶體10的另一側為偏振片11和光學照相裝置12 ;光學照相裝置12與計算機I相連，光學照相裝置優選為以電荷耦合器件作為光敏感器和光電轉換器的高解析度CCD。
[0017]雷射系統位於擴束準直系統4的正上方，包括雷射光源2和雷射光源下方的λ /2玻片3 ;雷射光源2優選為帶溫控設備的雷射光源。擴束準直系統4由擴束器41和準直透鏡42組成；
[0018]本發明所述的雷射光源2、擴束器41、準直透鏡42、偏振分光稜鏡5、光闌6、物鏡
8、雙折射晶體10、偏振片11、CCD12和玻片優選為如表I所述參數的元件:
[0019]表I錐光全息系統元件參數
[0020]
【權利要求】
1.一種非接觸式錐光全息測量系統，包括有發射雷射束的雷射系統、將經過擴束準直系統(4)的雷射光束匯聚到被測物(9) 一點的光反射系統、收集返回光的光接收系統和偏振分光稜鏡(5)，其特徵在於，所述的光反射系統包含有沿雷射束前進線路上排布的光闌(6)、λ/4玻片(7)和物鏡(8);光接收系統在光的傳播路線上有雙折射晶體(10)、偏振片(11)和光學照相裝置(12);所述的光闌(6)和雙折射晶體(10)位於偏振分光稜鏡(5)的兩側。
2.根據權利要求1所述的測量系統，其特徵在於，所述測量系統還包括一個與光學照相裝置(12)相連的計算機(I)。
3.根據權利要求1所述的測量系統，其特徵在於，所述的雷射系統位於擴束準直系統(4)的上方，包括雷射光源(2)和雷射光源(2)下方的λ/2玻片(3);所述的雷射光源(2)為帶溫控設備的雷射光源。
4.根據權利要求1所述的測量系統，其特徵在於，所述的擴束準直系統(4)由擴束器(41)和準直透鏡(42)組成。
5.根據權利要求1所述的測量系統，其特徵在於，所述的光學照相裝置(12)是以電荷耦合器件作為光敏感器和光電轉換器的高解析度CCD。
【文檔編號】G01B11/02GK103759649SQ201410043676
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月29日 優先權日:2014年1月29日
【發明者】溫亞楠, 王添, 田維堅, 王金城 申請人:青島市光電工程技術研究院