[發明專利]一種制造表面粗糙度影響激光測量性能的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201410294148.0
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104034697A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 陶會榮;張福民;曲興華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及光輻射測量裝置，尤其涉及一種制造表面粗糙度影響激光測量性能的試驗裝置及方法。

背景技術

在實際工程應用中，被測目標表面通常都是非理想朗伯表面，即表面發生漫反射，需要考慮復雜的多次反射現象，因此研究目標表面的散射特性顯得尤為重要，例如：若已知光譜雙向反射分布函數，則可以推導出方向光譜吸收率及方向光譜反射率，因此，光譜雙向反射分布函數是體現物質表面輻射傳遞的重要參數，在很多領域得到應用，如在航天遙感領域、工業測量領域、地質測量以及目標的仿真和模擬領域，均需要進行表面材料散射特性的檢測，實現對目標表面散射特性的精確測量是眾多研究領域的重要研究基礎。

在遙感探測領域，可利用目標對光的散射來分析識別目標的形態及特征；激光雷達回波中包含了很多目標及背景信息，人們可以從獲得的復雜信息中提取有用信息；在工業測量領域，隨著大空間精密坐標測量方面日益增長的重大需求，實現無合作目標非接觸式測量，已成為一個重要研究課題，傳統的干涉法和由其衍生出的激光跟蹤測量方式雖然精度高，但需要反射棱鏡或者貓眼等合作目標輔助，經常在現場無法實現；近年來發展起來的連續激光調頻測距技術是一種新型激光測距技術，可進行無合作目標測量、測量范圍大、精度高，具有顯著的優點，但該方法目前還不成熟，一些關鍵瓶頸尚未解決，其中一個關鍵問題便是激光直接入射到被測制造表面后，表面對激光測量性能的影響。在有合作目標的情況下，由于目標表面特性是一定且已知的，因此接收到的回波信號也是穩定且可以預知的，這也是有合作目標的測距系統精度高的重要原因；對于無合作目標的測距系統而言，激光照射到的目標表面未知且千差萬別，被測制造表面的粗糙度、顏色、紋理等都會影響接收到的激光的強度、相位、偏振態等信息，激光入射的角度、激光聚焦光斑大小也會影響接收的散射信號。

雖然在物理界已經發展了一些物理模型來描述粗糙目標的散射特性，但均是在將問題簡化以及將目標理想化的前提下進行建模，而在實際應用當中，基于理想模型的計算勢必會產生誤差，不能滿足高精度要求，而粗糙表面真實的散射特性卻能反映表面幾何特征之外的唯一特性，每種表面所產生的散射信息是唯一確定的，因此測量并研究激光與實際制造粗糙表面的相互作用影響對測量設備的優化和測量精度的提高均具有重要指導意義，也是眾多研究領域的研究基礎。

傳統的散射測量裝置功能較單一，均不能滿足研究激光與表面相互作用的多方面測量的需要，例如現有的雙向反射分布函數測量裝置僅能測量近距離表面的散射特性，對于大距離，激光在空氣中的能量衰減，以及聚焦光斑直徑大小對散射的影響等均不能測量，現有的其他一些表面散射測量裝置也普遍存在功能單一、測量距離近、定位精度低、測量誤差大等缺陷。

發明內容

本發明提供了一種制造表面粗糙度影響激光測量性能的試驗裝置及方法，本發明實現了遠距離表面的散射特性測量，提高了測量精度和測量周期，詳見下文描述：

一種制造表面粗糙度影響激光測量性能的試驗裝置，所述試驗裝置包括：標準長導軌、光源、激光聚焦系統、載物平臺、水平旋轉臺、垂直旋轉臺、樣品夾具、連接桿、四分之一圓弧滑動導軌、接收探測器、激光干涉儀發射端、激光干涉儀接收端和PC機，

所述光源、所述激光聚焦系統及所述激光干涉儀發射端固定在所述標準長導軌的一端，由所述水平旋轉臺和所述垂直旋轉臺組成雙軸旋轉系統、所述接收探測器及所述激光干涉儀接收端固定在由激光干涉儀控制的所述載物平臺上，在所述標準長導軌上自由移動，所述樣品夾具安裝在所述垂直旋轉臺的軸心上，安裝所述接收探測器的所述四分之一圓弧滑動導軌通過所述連接桿安裝在所述垂直旋轉臺上，隨所述垂直旋轉臺的轉動而轉動，所述水平旋轉臺、所述垂直旋轉臺、所述載物平臺的位移、所述接收探測器在所述四分之一圓弧滑動導軌上的移動均由所述PC機統一控制。

所述光源為多波段可調光源，包括：可見光光源400nm～800nm、近紅外光光源800nm～2500nm及紅外光光源2500nm～5000nm。

所述水平旋轉臺和所述垂直旋轉臺的渦輪為細節距渦輪，所述水平旋轉臺和所述垂直旋轉臺上的游標尺分辨率為5弧分。

一種制造表面粗糙度影響激光測量性能的試驗方法，所述方法包括以下步驟：

1)將樣品放置在樣品夾具中，使樣品表面與樣品夾具的端面貼合；

2)設定光源入射角度、入射光斑大小、所述光源與樣品待測表面的距離及移動間距；