[發(fā)明專利]一種內(nèi)調(diào)制光纖干涉條紋投射實(shí)時三維形貌測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310471029.3
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103528542A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段發(fā)階;呂昌榮;伯恩;馮帆;段曉杰;張甫愷;鄧震宇
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 溫國林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維形貌測量領(lǐng)域，特別涉及一種內(nèi)調(diào)制光纖干涉條紋投射實(shí)時三維形貌測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三維曲面或三維形貌測量技術(shù)目前是精密測量中的先進(jìn)技術(shù)，尤其是在自動檢測和質(zhì)量控制、CAD/CAM、逆向工程、機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)診斷、服裝設(shè)計(jì)以及自動導(dǎo)航等領(lǐng)域中占有重要的地位。其中，相位測量輪廓術(shù)(Phase?Measuement?Profilometry，簡稱PMP)采用正弦光柵投影和相移技術(shù)，具有并行處理能力，其基本思想就是通過有一定相位差的多幅條紋圖來計(jì)算相位，再對應(yīng)計(jì)算出物體的高度分布。在相位輪廓術(shù)動態(tài)測量中，傅里葉變換輪廓術(shù)是目前主要方法，但該方法測量精度較低不適宜高精度動態(tài)測量。

傳統(tǒng)條紋投射方式有采用光柵投影并結(jié)合機(jī)械平移裝置實(shí)現(xiàn)相移，這種方式條紋密度與相移精度都相對較低；采用數(shù)字投影儀(DLP)投射條紋，數(shù)字條紋圖可由計(jì)算機(jī)生成，條紋密度受投影儀分辨率的限制，電壓和亮度的非線性關(guān)系帶來了系統(tǒng)誤差。同時，光纖干涉臂相位差易受環(huán)境干擾，使得投射條紋相位波動，進(jìn)而影響測量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種內(nèi)調(diào)制光纖干涉條紋投射實(shí)時三維形貌測量系統(tǒng)，本發(fā)明提高了三維形貌測量的精度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時的動態(tài)測量，詳見下文描述：

一種內(nèi)調(diào)制光纖干涉條紋投射實(shí)時三維形貌測量系統(tǒng)，所述三維形貌測量系統(tǒng)包括：激光器，

所述激光器通過光隔離器后從a臂耦合到3dB耦合器中，經(jīng)過分光后由兩輸出臂c，d輸出，構(gòu)成馬赫-澤德干涉儀，并滿足楊氏雙孔干涉條件，在輸出端產(chǎn)生干涉條紋；

利用光纖端面的菲涅爾反射由臂b輸出，光電探測器接收到的干涉信號S(t)經(jīng)帶通濾波器后得到信號V₁(t)通過乘法器后與調(diào)制信號相乘后得到信號V₂(t)，通過低通濾波器后得到濾波信號U(x)，上位機(jī)根據(jù)濾波信號U(x)求取峰峰值信號；濾波信號和峰峰值信號輸入至除法器后得到信號U’(x)，經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換器后得到電流信號，并傳輸至加法器；加法器對電流信號、偏置信號和調(diào)制信號進(jìn)行求和后反饋至激光器中，從而形成反饋回路；

所述干涉條紋投射到被測物體表面得到干涉圖像經(jīng)過CCD相機(jī)采集后送入到所述上位機(jī)中，在所述上位機(jī)中進(jìn)行正弦相位調(diào)制同步積分相位求解，最終通過相位信息求取物體表面三維形貌信息。

所述干涉信號S(t)為：

S(t)=A+Bcos[zcosωt+α(x)]

其中A和B是干涉儀的背景光強(qiáng)系數(shù)和對比度系數(shù)，z為相位調(diào)制度系數(shù)，ω調(diào)制角頻率,α(x)為干擾信息。

所述信號V₁(t)為：

V₁(t)=-B[sinα(x)][2J₁(z)cosωt]

其中，J₁(z)為第一類貝塞爾展開式。

所述信號V₂(t)為：

V₂(t)=-BGJ₁(z)[sinα(x)](cos2ωt+1)

其中G為調(diào)制信號幅值，所述濾波信號U(x)為：

U(x)=-BGJ₁(z)[sinα(x)]

所述信號U’(x)為：

U'(x)=sinα(x)

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明針對實(shí)時測量要求及光纖干涉條紋投射的特點(diǎn)，在大調(diào)制度正弦相位調(diào)制同步積分的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種帶有反饋控制系統(tǒng)的新測量方法，實(shí)現(xiàn)高精度、實(shí)時三維形貌獲取。本發(fā)明是一種雙波長光纖干涉條紋投射方法，利用楊氏雙孔干涉模型、光纖波分復(fù)用技術(shù)、馬赫-澤德非平衡干涉儀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光纖干涉條紋投射，利用光纖端面菲涅爾反射干涉信號實(shí)現(xiàn)反饋控制系統(tǒng)的搭建。結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。由于系統(tǒng)采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)，抗干擾能力強(qiáng)，并具有動態(tài)及實(shí)時測量的能力。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明外調(diào)制光纖干涉條紋投射系統(tǒng)原理圖；

圖2示出本發(fā)明反饋控制系統(tǒng)示意圖。

圖1中，1為激光器，2為光隔離器，3為3dB耦合器，4為光電探測器，5為反饋控制系統(tǒng)，6為調(diào)制電流，7為偏置電流，8為加法器，9為CCD相機(jī)，10為上位機(jī)。

圖2中，11為帶通濾波器，12為乘法器，13為低通濾波器，14為峰峰值，15為除法器，16為電壓電流轉(zhuǎn)換器。

具體實(shí)施方式