[發(fā)明專利]一種基于超聲光柵的共面度測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610103818.5
• 申請(qǐng)日: 2016-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105716546B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱福龍;潘永軍;陶加全;藺欣欣;何黎平;段科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/30
• 分類號(hào): G01B11/30
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

1.一種基于超聲光柵的共面度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括激光光源、信號(hào)發(fā)生器、激光擴(kuò)束系統(tǒng)、聲光介質(zhì)容納器、超聲換能器、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、光學(xué)平臺(tái)和CCD攝像機(jī)，其中，

所述激光光源、信號(hào)發(fā)生器、激光擴(kuò)束系統(tǒng)、聲光介質(zhì)容納器以及移動(dòng)平臺(tái)均安裝在所述光學(xué)平臺(tái)上；

所述激光光源、激光擴(kuò)束系統(tǒng)和聲光介質(zhì)容納器按照從前到后的順序依次設(shè)置在所述光學(xué)平臺(tái)上，以使所述激光光源發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)所述激光擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后穿過(guò)所述聲光介質(zhì)容納器內(nèi)的聲光介質(zhì)；

所述聲光介質(zhì)容納器的左側(cè)設(shè)置所述超聲換能器，所述聲光介質(zhì)容納器的右側(cè)設(shè)置有反射面，以用于反射超聲波；

所述移動(dòng)平臺(tái)用于放置待測(cè)物體，并且其與待測(cè)物體接觸的平面作為參考平面；

所述計(jì)算機(jī)控制信號(hào)發(fā)生器發(fā)出聲波信號(hào)作用于超聲換能器上，所述超聲換能器的振動(dòng)在聲光介質(zhì)中形成超聲行波或駐波，激光光源發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后照射在聲光介質(zhì)上并產(chǎn)生光柵效應(yīng)，從而在視場(chǎng)內(nèi)形成明暗條紋并且使明暗條紋發(fā)生變化，該變化被放置于聲光介質(zhì)一側(cè)的CCD攝像機(jī)捕捉到并傳送給所述計(jì)算機(jī)；

所述計(jì)算機(jī)處理捕獲的待測(cè)物體表面條紋圖案強(qiáng)度和參考平面的條紋圖案強(qiáng)度后，分別獲得參考平面上的相位值φ(x,y)和待測(cè)物體表面上的相位值φ'(x,y)，從而得到參考平面與待測(cè)物體表面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相位差Δφ(x,y)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后求得待測(cè)物體表面的高度值h(x,y)；

其中，所述參考平面上的相位值φ(x,y)的獲取過(guò)程如下：

利用相移機(jī)構(gòu)等量改變條紋圖的相位2π/N，在參考平面上得到一系列等相差的條紋圖案，參考平面上的條紋圖案強(qiáng)度為Ii(x,y)，并且

Ii(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos[φ(x,y)+2πi/N]，其中i＝0,1,2,3...N且N≥2，a(x,y)表示背景光強(qiáng)，b(x,y)為物體表面各點(diǎn)的反射率，φ(x,y)為參考平面上的相位值，然后可得到參考平面的相位值φ(x,y)：

φ ( x , y ) = arctan [ Σ 0 N - 1 I i ( x , y ) s i n ( 2 π i / N ) Σ 0 N - 1 I i ( x , y ) c o s ( 2 π i / N ) ] ]]>

所述待測(cè)物體表面上的相位值φ'(x,y)的獲取過(guò)程如下：

再將待測(cè)物體放在移動(dòng)平臺(tái)的參考平面上，利用相移機(jī)構(gòu)等量改變待測(cè)物體表面上的條紋圖的相位2π/N，則在待測(cè)物體表面上得到一系列等相差的條紋圖案；待測(cè)物體表面上的條紋圖案強(qiáng)度為Ii'(x,y)，并且

Ii'(x,y)＝a'(x,y)+b'(x,y)cos[φ'(x,y)+2πi/N]，其中i＝0,1,2,3...N且N≥2，a'(x,y)表示背景光強(qiáng)，b'(x,y)為物體表面各點(diǎn)的反射率，φ'(x,y)為待測(cè)物體表面相位值，然后得到待測(cè)物體表面上的相位值φ'(x,y)：

φ ′ ( x , y ) = arctan [ Σ 0 N - 1 I i ′ ( x , y ) s i n ( 2 π i / N ) Σ 0 N - 1 I i ′ ( x , y ) c o s ( 2 π i / N ) ] ]]>

則可求得待測(cè)物體表面的高度值h(x,y)：

h ( x , y ) = L P Δ φ ( x , y ) 2 π S + P Δ φ ( x , y ) ]]>

其中，L是CCD相機(jī)鏡頭外表面的中心點(diǎn)距參考平面的垂直距離，P是參考平面上的明暗條紋的節(jié)距，S是透射光線與CCD相機(jī)鏡頭外表面的中心點(diǎn)的水平距離，Δφ(x,y)是參考平面和待測(cè)物體表面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相位差并且Δφ(x,y)＝φ(x,y)-φ'(x,y)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共面度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述N＝3或N＝4，可通過(guò)所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行選擇。