本發(fā)明涉及測量，具體涉及一種基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、測量是數(shù)字化加工的前提，因此，如何快速獲取復(fù)雜待測件全場、高精度三維面形數(shù)據(jù)成為了實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵問題。在形貌檢測中，透明物體形貌檢測更加復(fù)雜、困難。目前常見的透明物體形貌測量方式主要為條紋投影法，但是由于透明物體的前后表面的反射率較小，并且存在“鬼像”的問題，因此使用反射法對透明物體的測量還有待提升。透射法則因?yàn)橥该魑矬w的折射影響，光線射入透明物體以及射出透明物體時(shí)，傳播方向都會發(fā)生改變，因此尋找到正確的幾何關(guān)系是透射法需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量裝置及方法，該裝置及方法結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，測量準(zhǔn)確率高，實(shí)現(xiàn)成本低。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量裝置，其特征在于，包括激光光源、50/50分光鏡、金屬反射鏡、面陣相機(jī)和圖像處理系統(tǒng)；所述激光光源用于發(fā)射光束，以在相機(jī)成像面上產(chǎn)生干涉條紋；所述50/50分光鏡用于將光束分為兩束光，分別射向兩面金屬反射鏡；所述金屬反射鏡用于反射50/50分光鏡分出的光束，使光束再次通過50/50分光鏡從而產(chǎn)生干涉條紋；所述面陣相機(jī)的成像面緊貼待測柱透鏡的平面，用于接收經(jīng)過柱透鏡的干涉條紋，并將干涉條紋信息傳輸至圖像處理系統(tǒng)中；所述圖像處理系統(tǒng)用于處理接收的干涉條紋信息，并計(jì)算出待測柱透鏡的表面形貌。

3、本發(fā)明還提供了一種基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量方法，包括以下步驟：

4、步驟s1：測取待測柱透鏡的最高點(diǎn)處的厚度，將激光光源固定在水平平臺上，調(diào)整激光光源使其光束與水平面平行；安裝50/50分光鏡，使50/50分光鏡的入射面與光束垂直，并使其反射面的朝向?yàn)樨Q直向上；將兩個(gè)金屬反射鏡分別固定在50/50分光鏡分出的兩道光束的光路上，使兩個(gè)金屬反射鏡鏡面分別與兩道光束垂直，并通過調(diào)整使兩個(gè)金屬反射鏡反射的光束在穿過50/50分光鏡后能夠基本重合，即兩道光束的夾角在0至1°之間；

5、步驟s2：將面陣相機(jī)安裝在50/50分光鏡的反射面的反向，使光束被兩個(gè)金屬反射鏡反射后穿過50/50分光鏡的光路垂直于相機(jī)成像面，調(diào)整面陣相機(jī)位置，使光斑成像中心位于面陣相機(jī)中心，固定面陣相機(jī)；微調(diào)其中一個(gè)金屬反射鏡的角度，使相機(jī)成像面上形成豎直的干涉條紋，將面陣相機(jī)采集的圖像傳輸至圖像處理系統(tǒng)中，此時(shí)的圖像為光路中未放置柱透鏡的條紋圖像；將待測柱透鏡的平面貼緊相機(jī)成像面，將面陣相機(jī)采集的圖像傳輸至圖像處理系統(tǒng)中，此時(shí)的圖像為光路中已放置柱透鏡的條紋圖像；

6、步驟s3：圖像處理系統(tǒng)分別對光路中未放置柱透鏡的條紋圖像和光路中已放置柱透鏡的條紋圖像進(jìn)行處理，并以處理過的條紋信息計(jì)算出待測柱透鏡的表面形貌。

7、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體包括以下步驟：

8、步驟s31：對比兩幅條紋圖像，得到兩幅條紋圖像中暗紋的中心點(diǎn)位置變化最小的暗紋，以該暗紋中心點(diǎn)為原點(diǎn)，對兩幅條紋圖像分別進(jìn)行相位解包裹；

9、步驟s32：以未放置柱透鏡的相位解包裹的圖像作為基準(zhǔn)圖，計(jì)算基準(zhǔn)圖中的各個(gè)像素點(diǎn)與已放置柱透鏡的相位解包裹的圖像的相同相位的最近像素點(diǎn)的距離，該距離為光路中放置柱透鏡前后干涉條紋在面陣相機(jī)上的位移，即條紋位移；

10、步驟s33：以條紋位移為0的點(diǎn)作為計(jì)算的初始點(diǎn)，設(shè)定初始點(diǎn)的厚度為測得的待測柱透鏡的最高點(diǎn)處的厚度，由初始點(diǎn)的厚度及其相鄰點(diǎn)的條紋位移計(jì)算出初始點(diǎn)的相鄰點(diǎn)的厚度；重復(fù)此步驟以計(jì)算出所有點(diǎn)的厚度，由此得到待測柱透鏡的三維形貌信息。

11、進(jìn)一步地，所述柱透鏡的厚度與條紋位移的映射關(guān)系為：

12、當(dāng)δx>0時(shí)：

13、

14、當(dāng)δx<0時(shí)：

15、

16、當(dāng)δx＝0時(shí)：

17、y0＝y(tǒng)1

18、其中：

19、

20、其中，y0為所求點(diǎn)處的柱透鏡厚度，δx為所求點(diǎn)在放置柱透鏡前后沿水平方向的位移，f'(x0)為柱透鏡在所求點(diǎn)處的切線的斜率，x0為所求點(diǎn)的水平位置，y1為所求的上一個(gè)點(diǎn)處的柱透鏡厚度，x1為所求的上一個(gè)點(diǎn)的水平位置。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量裝置及方法，通過使用分光鏡和反射鏡產(chǎn)生干涉條紋，再利用面陣相機(jī)獲取待測柱透鏡放置前后的干涉條紋，最后通過圖像處理系統(tǒng)對干涉條紋圖像進(jìn)行分析處理，得到柱透鏡表面形貌。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量方法易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明能夠無視透射法穿過柱透鏡后表面的折射，使光線路徑改變的只有在入射柱透鏡時(shí)發(fā)生的折射，因此較為容易計(jì)算光線傳播的路徑與柱透鏡表面形貌的幾何關(guān)系，測量準(zhǔn)確率高，實(shí)用性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)成本低。

技術(shù)特征：

1.一種基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量裝置，其特征在于，包括激光光源、50/50分光鏡、金屬反射鏡、面陣相機(jī)和圖像處理系統(tǒng)；所述激光光源用于發(fā)射光束，以在相機(jī)成像面上產(chǎn)生干涉條紋；所述50/50分光鏡用于將光束分為兩束光，分別射向兩面金屬反射鏡；所述金屬反射鏡用于反射50/50分光鏡分出的光束，使光束再次通過50/50分光鏡從而產(chǎn)生干涉條紋；所述面陣相機(jī)的成像面緊貼待測柱透鏡的平面，用于接收經(jīng)過柱透鏡的干涉條紋，并將干涉條紋信息傳輸至圖像處理系統(tǒng)中；所述圖像處理系統(tǒng)用于處理接收的干涉條紋信息，并計(jì)算出待測柱透鏡的表面形貌。

2.一種基于權(quán)利要求1所述裝置的基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量方法，其特征在于，所述步驟s3具體包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量方法，其特征在于，所述柱透鏡的厚度與條紋位移的映射關(guān)系為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于干涉條紋的柱透鏡形貌測量裝置及方法，該裝置包括激光光源、50/50分光鏡、金屬反射鏡、面陣相機(jī)和圖像處理系統(tǒng)；所述激光光源用于發(fā)射光束，以在相機(jī)成像面上產(chǎn)生干涉條紋；所述50/50分光鏡用于將光束分為一束參考光和一束物光；所述金屬反射鏡用于反射50/50分光鏡分出的光束，使光束再次通過50/50分光鏡從而產(chǎn)生干涉條紋；所述面陣相機(jī)的成像面緊貼待測柱透鏡的平面，用于接收經(jīng)過柱透鏡的干涉條紋，并將干涉條紋信息傳輸至圖像處理系統(tǒng)中；所述圖像處理系統(tǒng)用于處理接收的干涉條紋信息，并計(jì)算出待測柱透鏡的表面形貌。該裝置及方法結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，測量準(zhǔn)確率高，實(shí)現(xiàn)成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘劍鋒,陳鈺龍,鐘舜聰,張秋坤,鐘建華,馮斌,劉東明,郭昊洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10