[發(fā)明專利]基于差動彩色共焦技術(shù)的自由曲面測量裝置及檢測方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011038837.7 | 申請日： | 2020-09-28 |
| 公開（公告）號： | CN112197714B | 公開（公告）日： | 2022-09-30 |
| 發(fā)明（設計）人： | 張宇 | 申請（專利權(quán)）人： | 東北電力大學 |
| 主分類號： | G01B11/24 | 分類號： | G01B11/24;G01B11/00 |
| 代理公司： | 吉林市達利專利事務所 22102 | 代理人： | 陳傳林 |
| 地址： | 132012 吉*** | 國省代碼： | 吉林;22 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 差動 彩色 技術(shù) 自由 曲面 測量 裝置 檢測 方法 | ||
1.基于差動彩色共焦技術(shù)的自由曲面測量裝置，它包括：計算機(18)，其特征是，它還包括：彩色光源(1)、A聚焦物鏡(2)、照明小孔陣列板(3)、B聚焦物鏡(4)、A分光棱鏡(5)、彩色物鏡(6)、待測曲面(7)、B分光棱鏡(8)、C聚焦物鏡(9)、A探測小孔陣列板(10)、A面陣彩色光電探測器(11)、D聚焦物鏡(12)、B探測小孔陣列板(13)、B面陣彩色光電探測器(14)，在所述的A探測小孔陣列板(10)后方設置A面陣彩色光電探測器(11)，在所述的B探測小孔陣列板(13)后方設置B面陣彩色光電探測器(14)，所述的A面陣彩色光電探測器(11)和B面陣彩色光電探測器(14)分別與計算機(18)電連接；
所述的彩色光源(1)發(fā)出光的傳播方向依次為：A聚焦物鏡(2)、照明小孔陣列板(3)、B聚焦物鏡(4)、A分光棱鏡(5)、彩色物鏡(6)，照射在待測曲面(7)上；
在所述的待測曲面(7)上反射的光傳播方向依次為：彩色物鏡(6)、A分光棱鏡(5)、經(jīng)B分光棱鏡(8)透射、C聚焦物鏡(9)、A探測小孔陣列板(10)、A面陣彩色光電探測器(11)；
在所述的待測曲面(7)上反射的光傳播方向依次為：彩色物鏡(6)、A分光棱鏡(5)、經(jīng)B分光棱鏡(8)反射、D聚焦物鏡(12)、B探測小孔陣列板(13)、B面陣彩色光電探測器(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差動彩色共焦技術(shù)的自由曲面測量裝置，其特征是，它還包括：B壓電陶瓷(17)，所述的B壓電陶瓷(17)與待測曲面(7)固連。
3.基于差動彩色共焦技術(shù)的自由曲面檢測方法，其利用權(quán)利要求1所述的基于差動彩色共焦技術(shù)的自由曲面測量裝置，其特征是，它包括以下步驟：
1)搭建光學測量系統(tǒng)：
彩色光源(1)發(fā)出光的傳播方向依次為：A聚焦物鏡(2)、照明小孔陣列板(3)、B聚焦物鏡(4)、A分光棱鏡(5)、彩色物鏡(6)，照射在標準平面(15)上，在所述的標準平面(15)背面固連A壓電陶瓷(16)；
所述標準平面(15)上反射的光傳播方向依次為：彩色物鏡(6)、A分光棱鏡(5)、經(jīng)B分光棱鏡(8)透射、C聚焦物鏡(9)、A探測小孔陣列板(10)、A面陣彩色光電探測器(11)；
所述標準平面(15)上反射的光傳播方向依次為：彩色物鏡(6)、A分光棱鏡(5)、經(jīng)B分光棱鏡(8)反射、D聚焦物鏡(12)、B探測小孔陣列板(13)、B面陣彩色光電探測器(14)；
所述的A面陣彩色光電探測器(11)和B面陣彩色光電探測器(14)分別與計算機(18)電連接；
2)打開所述的彩色光源(1)，其發(fā)出的光經(jīng)A聚焦物鏡(2)后，照射至照明小孔陣列板(3)，所述的照明小孔陣列板(3)將平行光分成若干光束，所述的若干光束經(jīng)B聚焦物鏡(4)、A分光棱鏡(5)后，由彩色物鏡(6)聚焦到標準平面(15)上；
聚焦在所述標準平面(15)上的光反射后，再次經(jīng)過彩色物鏡(6)，經(jīng)B分光棱鏡(8)后，分成兩束光，其中一束透射，經(jīng)C聚焦物鏡(9)、A探測小孔陣列板(10)、A面陣彩色光電探測器(11)；另一束反射，經(jīng)D聚焦物鏡(12)、B探測小孔陣列板(13)、B面陣彩色光電探測器(14)；調(diào)整所述A探測小孔陣列板(10)的位置，使所述經(jīng)B分光棱鏡(8)透射的光束，經(jīng)過C聚焦物鏡(9)聚焦至A探測小孔陣列板(10)的小孔上，調(diào)整所述B探測小孔陣列板(13)的位置，使所述經(jīng)B分光棱鏡(8)反射的光束，經(jīng)過D聚焦物鏡(12)聚焦至B探測小孔陣列板(13)的小孔上；
3)沿著B分光棱鏡(8)的透射光束和反射光束方向，分別平移A探測小孔陣列板(10)和B探測小孔陣列板(13)，使得A探測小孔陣列板(10)和B探測小孔陣列板(13)分別位于焦面對稱的前后兩處離焦位置+um和-um處；
4)調(diào)整所述的A面陣彩色光電探測器(11)的裝調(diào)位置，經(jīng)過所述A探測小孔陣列板(10)的透射光能夠被A面陣彩色光電探測器(11)全部接收；調(diào)整所述的B面陣彩色光電探測器(14)的裝調(diào)位置，經(jīng)過所述B探測小孔陣列板(13)的反射光能夠被B面陣彩色光電探測器(14)全部接收；
5)將A面陣彩色光電探測器(11)和B面陣彩色光電探測器(14)采集透射光和反射光的離焦R、G、B三色光強信息并送至計算機(18)；
6)利用公式
計算出R、G、B三色歸一化差動光強；其中Ir、Ig、Ib為R、G、B三色光強信息，u為軸向坐標信息，ΓR(u)、ΓG(u)、ΓB(u)為R、G、B三色歸一化差動光強；
7)采用A壓電陶瓷(16)等間隔移動標準平面(15)，得到R、G、B三色歸一化差動光強與軸向坐標的關(guān)系曲線；
8)R，G，B每一個顏色區(qū)間對應一個獨立的線性響應區(qū)間，分別是AB，BC和CD，三個獨立的線性測量區(qū)間稱為可交替工作的擴展區(qū)間，系統(tǒng)實際工作區(qū)間為AB-BC-CD區(qū)間；當測量面由位置A向位置B運動過程中，AB區(qū)間為工作區(qū)間，而當測量面由位置A運動到B時，系統(tǒng)響應區(qū)間切換到BC區(qū)間，工作原理同AB，CD區(qū)間也是同樣切換，最終系統(tǒng)實際工作區(qū)間為AB-BC-CD線段對應的軸向位移范圍；
通過公式
將步驟7)得到的三個獨立的深度測量區(qū)域組合成一個更大的深度測量范圍,最終得到歸一化差動光強與軸向坐標的關(guān)系曲線；
9)用待測曲面(7)和B壓電陶瓷(17)替換標準平面(15)和A壓電陶瓷(16)，在所述的待測曲面(7)背面固連B壓電陶瓷(17)，設定靜態(tài)和動態(tài)工作模式，兩種工作模式可自由切換；
靜態(tài)工作模式：指待測曲面(7)保持不動，一次測量待測曲面上所有點的歸一化差動光強，與步驟8)的關(guān)系曲線對比，得到待測曲面的軸向坐標；
動態(tài)工作模式：指采用B壓電陶瓷(17)橫向移動待測曲面，采集多組面數(shù)據(jù)進行拼接，得到更高橫向分辨率的待測曲面的軸向坐標。
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