[發明專利]一種可調諧拍波線掃描的表面三維干涉測量系統

有效

• 申請號: 201110439854.6
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102538866A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 謝芳;馬森;劉義秦;李昭瑩
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

1.一種可調諧拍波線掃描的表面三維干涉測量系統，其特征在于它是由寬帶光源(S1)、兩個光纖隔離器(I1，I2)、三個自準直鏡(Z1，Z2，Z3)、兩個衍射光柵(G1，G2)、七個平柱透鏡(L1～L7)、兩個線陣光電耦合器(CCD1，CCD2)、三個光闌(GL1，GL2，GL3)、3dB-耦合器(N1)、分光鏡(BS)、縱向微動工作臺(M1)、橫向微動工作臺(M2)、數據采集卡(B1)、信號發生器(B3)、驅動控制(B4)、計算機(B2)和結果輸出(B5)組成；寬帶光源(S1)發出的光經過光纖隔離器(I1)以及3dB-耦合器(N1)后被分為兩路，一路光經過自準直鏡(Z1)后被準直成平行光束，另一路光經過光纖隔離器(I2)及自準直鏡(Z2)后也被準直成平行光束，這兩束平行光以夾角Δi入射到衍射光柵(G1)的同一點上，光闌(GL1)的作用是去掉雜散光，衍射光柵(G1)將這兩束平行光色散成波長在空間連續分布的兩片扇形光片，這兩片扇形光片橫向錯位且部分重疊，重疊區域也是一個扇形光片，在重疊的扇形光片中的任一點均是由兩種不同的波長合成而成的拍波，扇形光片經過光闌(GL2)，光闌(GL2)將未重疊區域濾掉，平柱透鏡(L1)將重疊區域的扇形光片準直成平行光片，此平行光片是由一系列并行的拍波組成的拍波平行光片，此拍波平行光片到達分光鏡(BS)，一半的光強透射，另一半的光強被反射出測量系統，透射光垂直入射到平柱透鏡(L2)的平面上，該平面鍍了部分反射膜，一部分光強被反射，此反射光作為參考光，另一部分光強透射，透射光被平柱透鏡(L2)聚焦成細光線，此光線掃描被測表面T，由被測表面T反射或散射回系統，經過平柱透鏡(L2)后與參考光相遇并發生拍波干涉，形成拍波干涉光片，此拍波干涉光片到達分光鏡(BS)，一半的光強被反射，另一半光強透射，反射的拍波干涉光片垂直入射到平柱透鏡(L3)上，平柱透鏡(L3)和(L4)共焦，且平柱透鏡(L3)的焦距小于平柱透鏡(L4)的焦距，拍波干涉光片經過平柱透鏡(L3)和(L4)后被擴展成更寬的光片，此光片由線陣光電耦合器(CCD1)探測；透過分光鏡(BS)的拍波干涉光片經過平柱透鏡(L1)后被聚焦到衍射光柵(G1)上，原來由自準直鏡(Z1)和(Z2)準直的兩束平行光色散成的兩片重疊的扇形光片，現在又成了兩束平行光，沿原路分別入射到自準直鏡(Z1)和(Z2)中，入射到自準直鏡(Z2)的光因為光纖隔離器(I2)的作用不能到達3dB-耦合器(N1)，入射到自準直鏡(Z1)的光束經過3dB-耦合器(N1)后被分成兩束，一束光到達光纖隔離器(I1)，由于光纖隔離器(I1)的作用不能到達光源，因此不會對光源產生影響，另一束光到達自準直鏡(Z3)，被自準直鏡(Z3)準直成平行光束，入射到衍射光柵(G2)上，光闌(GL3)的作用也是去掉雜散光，此平行光束由衍射光柵(G2)再次色散成波長在空間連續分布的扇形光片，由平柱透鏡(L5)準直成波長在空間連續分布的平行光片，此平行光片垂直入射到平柱透鏡(L6)上，平柱透鏡(L6)和(L7)共焦，且平柱透鏡(L6)的焦距小于平柱透鏡(L7)的焦距，此干涉光片經過兩個平柱透鏡(L6)和(L7)后被擴展成更寬的光片，由線陣光電耦合器(CCD2)探測；線陣光電耦合器(CCD1，CCD2)探測到的信號經過數據采集卡(B1)，由計算機(B2)中的程序進行數據處理后，由結果輸出(B5)輸出測量結果，完成表面二維測量；計算機(B2)輸出信號至驅動控制驅動橫向微動工作臺(M2)，光線橫向掃描被測表面，再對兩個線陣光電耦合器CCD1和CCD2探測到的信號作相同的處理，即完成表面三維測量。

2.根據權利要求1所述的一種可調諧拍波線掃描的表面三維干涉測量系統，其特征在于：衍射光柵(G1)將夾角為Δi的兩束平行光束色散成波長在空間連續分布的扇形光片，這兩片扇形光片部分重疊，重疊部分由平柱透鏡(L1)轉換成拍波平行光片。

3.根據權利要求1所述的一種可調諧拍波線掃描的表面三維干涉測量系統，其特征在于：線陣光電耦合器(CCD1)探測到拍波干涉信號，線陣光電耦合器(CCD2)探測到單波長干涉信號，融合兩個光電耦合器(CCD1，CCD2)探測到的信號，拍波干涉信號用于決定測量系統的測量量程，使測量量程擴大為半拍波波長，單波長干涉信號用于決定測量分辨率，使測量分辨率為單波長干涉測量的高分辨率。