[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

技術領域

本發明涉及光學測量領域，尤其涉及一種大量程及高分辨率的表面三維測量系統。?

背景技術

現有的與此技術相接近的文獻有以下兩個：?

[1]D.P.Hand，T.A.Carolan，J.S.Barton，and?J.D.C.Jones.“Profile?measurement?of?optically?rough?surfaces?by?fiber-optic?interferometry”，Opt.Lett.，Vol.18，No.16，1993，P.1361-1363.(Optics?Letters(光學快報)，第18卷，第16期，P.1361-1363)?

文獻[1]的技術原理如圖1所示。?

半導體激光器發出的光經過法拉第隔離器和光纖3dB-耦合器后，到達測量頭，測量頭是一個菲索干涉儀，一部分光被光纖端面反射作為參考光，另一部分光經過自聚焦透鏡聚焦后，投射到被測表面上，由被測表面反射重新回到系統中并與參考光發生干涉，干涉信號由探測器D1探測，干涉信號的相位決定于被測表面被測點的縱向高度；改變該激光器的驅動電流以改變激光器的發光頻率，用四種不同頻率的光對同一點進行測量，得到四個干涉信號，由于入射光波頻率不同，四個干涉信號的位相就不同，調節驅動電流，使相鄰兩個干涉信號的相位差π/2，通過以下式子，即可解調出該點的光程差D，即完成單點的測量：?

D=c4πvtan-1(I4-I2I1-I3)]]>

I_n(n＝1，2，3，4)是第n次干涉信號的強度，c是光速，ν是入射光頻率。?

步進電機再帶動測量頭橫向掃描被測表面，即完成對被測表面的測量。?

[2]Dejiao?Lin，Xiangqian?Jiang，Fang?Xie，Wei?Zhang，Lin?Zhang?and?Ian?Bennion.“High?stability?multiplexed?fibre?interferometer?and?its?application?on?absolute?displacement?measurement?and?on-line?surface?metrology”，Optics?Express，Vol.12，Issue?23，2004，P.5729-5734.(Optics?Express(光學特快)，2004年，第12卷，第23期，P.5729-5734)?

文獻[2]的技術原理圖如圖2所示。?

此系統包含兩個光路幾乎重合的邁克爾遜干涉儀。一個邁克爾遜干涉儀是利用測量臂上的光纖光柵和參考鏡作為反射鏡構成，用于完成穩定工作；另一個邁克爾遜干涉儀是利用測量鏡和參考鏡作為反射鏡構成，用于完成測量工作。因為兩個干涉儀的參考臂共用一個反射鏡，兩個干涉儀的參考臂光路完全重合，又由于兩個干涉儀的測量臂幾乎重合，所以，一個干涉儀穩定了，另一個干涉儀也就穩定了。?

由半導體激光器發出波長為λ₀的光經過兩個3dB-耦合器后被分為兩路，一路被光纖光柵反射，另一路被參考反射鏡反射。兩路反射光經過3dB-耦合器后再次相遇并且發生干涉，干涉信號經過環行器后，被另一個光纖光柵反射，再次經過環行器，然后被探測器探測，此探測器探測到的信號經過伺服電路處理后驅動壓電陶瓷管調節光纖干涉儀的參考臂的長度，使穩定干涉儀的兩個干涉臂始終處于正交狀態(相位差為π/2)，從而實現穩定該干涉儀的目的。?