專利名稱：利用電子散斑相移技術(shù)測量物體三維面形的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物體的三維面形測量的系統(tǒng)，尤其是一種利用電子散斑相移 技術(shù)測量物體三維面形的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、數(shù)字圖像采集和處理技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生了電子散 斑干涉術(shù)。近年來由于電子散斑干涉技術(shù)具有操作簡單、全場測量、非接觸、高精度、隔震 要求低的特點(diǎn)，成為一種較為成熟的光學(xué)三維面形測量技術(shù)，并且在面形測量、變形測量中 得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在設(shè)備的無損檢測、熱變形測量以及口腔修復(fù)的應(yīng)用中電子散 斑干涉技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。面形測量中，從光強(qiáng)分布中提取相位信息的相位測量技術(shù)是 決定測量結(jié)果是否準(zhǔn)確的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要有傅里葉變換法和相移法?；谕队皷啪€的 傅里葉變換法對比度高，易于動態(tài)處理，但測量精度受投影柵線空間頻率的限制，靈敏度不 高。電子散斑干涉利用光的干涉產(chǎn)生干涉調(diào)制條紋，不需要投影柵線，物體的相位信息包含 在散斑顆粒內(nèi)，形成以散斑為載體的干涉條紋，因而靈敏度也較高。散斑測量技術(shù)的發(fā)展方 向決定了必須向三維測量發(fā)展。三維相移電子散斑干涉技術(shù)是電子散斑干涉技術(shù)結(jié)合相移 技術(shù)向三維、高精度和自動化方向的發(fā)展。電子散斑載頻調(diào)制技術(shù)已應(yīng)用于物體的三維面 形測量，載頻調(diào)制有全場提取面形信息的特點(diǎn)，對面形邊緣或者細(xì)節(jié)的測量不敏感的缺點(diǎn)。 中國專利200620044101. X公開了一種基于光纖和相移電子散斑技術(shù)測量物體三維變形系 統(tǒng)，電子散斑相移技術(shù)一直還沒有應(yīng)用于物體的三維面形測量。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種構(gòu)造簡單、精度和靈 敏度高的利用電子散斑相移技術(shù)測量物體三維面形的系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案一種利用電子散斑相移技術(shù)測量物體三維面形的系統(tǒng)，其包括激光器、相移器和 攝像頭，各元器件位置關(guān)系如下激光器與半透反射鏡I相對應(yīng)，半透反射鏡I分別與擴(kuò)束 鏡I和反射鏡I相對應(yīng)，反射鏡I、反射鏡II和反射鏡III依次相對應(yīng)，反射鏡III與擴(kuò)束 鏡II相對應(yīng)，擴(kuò)束鏡II與半透反射鏡II相對應(yīng)，半透反射鏡II與攝像頭相對應(yīng)；擴(kuò)束鏡 I與設(shè)置于參考平板上的被測物體相對應(yīng)，參考平板與一相移器連接，被測物體與透鏡相對 應(yīng)，透鏡與半透反射鏡II相對應(yīng)。本實(shí)用新型利用電子散斑干涉測量物體面形，通過物體的微小偏轉(zhuǎn)在物體表面產(chǎn) 生平行的干涉條紋。由于受到物面的高度的調(diào)制，平行的干涉條紋變得彎曲，采用相移技術(shù) 提取物面三維面形信息。該方法用散斑干涉產(chǎn)生干涉條紋，因此測量物面具有靈敏度高的 優(yōu)點(diǎn)，由于采用相移技術(shù)提取相位信息，測量精度也高。
圖1是電子散斑干涉測量物體面形的原理圖；圖2是測量物體面形的電子散斑干涉系統(tǒng)光路圖；圖3是偏轉(zhuǎn)物面引入的干涉條紋圖；圖4是包裹相位圖；圖5是解包裹相位圖；圖6是相移法得到的被測物三維面形網(wǎng)格圖；圖7是物面等高線圖；其中1.被測物體，2.參考平板，3.激光器，4.半透反射鏡I，5.反射鏡I，6.反射 鏡II，7.反射鏡III，8.擴(kuò)束鏡I，9.擴(kuò)束鏡II，10.相移器，11.透鏡，12.半透反射鏡II， 13.攝像頭。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。如圖1-7所示，一種利用電子散斑相移技術(shù)測量物體三維面形的方法，包括以下 步驟1)將被測物體1固定在一參考平面2上，參考平面2與一相移器10連接，參考平 面2大于被測物體1，使參考平面2能夠在豎直平面內(nèi)做小于5度角的微小轉(zhuǎn)動；2)將被測物體1連同參考平面2 —起做小于5度角的微小偏轉(zhuǎn)，利用光的干涉，在 被測物體1表面產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，即通過物體的微小偏轉(zhuǎn)利用電子散斑干涉在物 體表面產(chǎn)生干涉條紋；該干涉條紋由于受到物體表面高度的調(diào)制變得彎曲，引起干涉條紋 相位的變化，物體的高度信息包含在彎曲的干涉條紋里；3)通過相移器10對被測物體1表面施加相移使物光的光程發(fā)生改變，進(jìn)而引起 參考光和物光的相位差的改變，對步驟2)得到的彎曲的干涉條紋做等四步相移，這些明暗 相間的干涉條紋會根據(jù)所加相移的大小做相應(yīng)的平移，利用相移技術(shù)提取出物面的相位信 息，得到包裹相位圖，由于相位被包裹在(-η，JI)之間，用相位展開算法把相位連續(xù)化求 出被測物體的真實(shí)相位；根據(jù)相位和高度的映射關(guān)系得出物面的高度分布，從而得到物體 的面形。相移技術(shù)測量物體面形的基本原理是對干涉光路中兩束相干光之間的相位差引 入等間隔的相位差變化，相位差發(fā)生變化時(shí)，干涉條紋也作相應(yīng)的平移，使干涉場中任意點(diǎn) 的光強(qiáng)呈余弦變化移動。面形測量的關(guān)鍵技術(shù)之一是提取物體表面的相位。1.相移法相位測量原理如下散斑干涉形成的干涉條紋是物光和參考光相疊加而成的，物光和參考光的光振動 分別表示為
Eob= Ab(Pob)⑴
Eref = Aef c0K^ + (Pref)(2)其中，A。b和％6分別表示物光的振幅和相位，Aref和分別表示參考光的振幅和相
4位。參考光和物光疊加以后的光振動可以表示成E = E。b+Eref (3)=Acos (cot+Φ)其合振幅的平方為
權(quán)利要求一種利用電子散斑相移技術(shù)測量物體三維面形的系統(tǒng)，其特征在于其包括激光器、相移器和攝像頭，各元器件位置關(guān)系如下激光器與半透反射鏡I相對應(yīng)，半透反射鏡1分別與擴(kuò)束鏡I和反射鏡I相對應(yīng)，反射鏡I、反射鏡II和反射鏡III依次相對應(yīng)，反射鏡III與擴(kuò)束鏡II相對應(yīng)，擴(kuò)束鏡II與半透反射鏡II相對應(yīng)，半透反射鏡II與攝像頭相對應(yīng)；擴(kuò)束鏡I與設(shè)置于參考平板上的被測物體相對應(yīng)，參考平板與一相移器連接，被測物體與透鏡相對應(yīng)，透鏡與半透反射鏡II相對應(yīng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用電子散斑相移技術(shù)測量物體三維面形的系統(tǒng)，其包括激光器、相移器和攝像頭，各元器件位置關(guān)系如下激光器與半透反射鏡I相對應(yīng)，半透反射鏡1分別與擴(kuò)束鏡I和反射鏡I相對應(yīng)，反射鏡I、反射鏡II和反射鏡III依次相對應(yīng)，反射鏡III與擴(kuò)束鏡II相對應(yīng)，擴(kuò)束鏡II與半透反射鏡II相對應(yīng)，半透反射鏡II與攝像頭相對應(yīng)；擴(kuò)束鏡I與設(shè)置于參考平板上的被測物體相對應(yīng)，參考平板與一相移器連接，被測物體與透鏡相對應(yīng)，透鏡與半透反射鏡II相對應(yīng)。本實(shí)用新型利用電子散斑干涉測量物體面形，通過物體的微小偏轉(zhuǎn)在物體表面產(chǎn)生平行的干涉條紋。由于受到物面的高度的調(diào)制，平行的干涉條紋變得彎曲，采用相移技術(shù)提取物面三維面形信息。
文檔編號G01B11/25GK201724658SQ20102027878
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者孫平, 趙瑞東 申請人:山東師范大學(xué)