[發明專利]一種數字全息三維形貌測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202011500673.5
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112525104B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 王世榮;夏海廷;宋慶和;郭榮鑫;張長興
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 李丹丹

1.一種數字全息三維形貌測量裝置，其特征在于，包括：

激光器(1)、分光組件、用于照射待測物體的物光光路、用于參考的參考光光路、光路合成組件、包括多個傳感器的采集系統；

所述分光組件將所述激光器發出的光分成兩束，第一束光經由物光光路照射待測物體，所述待測物體對照射的第一束光進行反射；第二束光作為參考光由參考光光路傳輸，參考光光路傳輸的參考光與待測物體的反射光在光路合成組件中匯合并射入多個傳感器的探測面；

采集系統包括：計算設備和與該計算設備連接的多個傳感器，每一傳感器具有一個探測面；多個傳感器包括一個中心傳感器；

其中，待測物體、合束鏡和中心傳感器位于同一軸線，所述中心傳感器的周圍放置兩個以上的傳感器，且所有傳感器的探測面互不共面，且所有傳感器的探測面的法線都朝向待測物體；

所述采集系統中多個傳感器的探測面記錄光路合成組件中發生干涉的參考光和反射光的全息信息，所述采集系統根據所述全息信息獲取所述待測物體的三維形貌。

2.根據權利要求1所述的數字全息三維形貌測量裝置，其特征在于，所述分光組件包括：分光棱鏡(2)；

所述物光光路包括：依次設置的第一顯微物鏡(3)、第一準直透鏡(4)、第一平面反射鏡(5)；

所述分光棱鏡(2)分出的第一束光穿過第一顯微物鏡(3)和第一準直透鏡(4)后，準直的光經過第一平面反射鏡(5)照射待測物體；

所述參考 光光路包括：反射鏡(6)、第二顯微物鏡(7)、第二準直透鏡(8)、第二平面反射鏡(9)；

所述分光棱鏡(2)分出的第二束光經過反射鏡(6)的反射之后穿過第二顯微物鏡(7)和第二準直透鏡(8)，準直的光經過第二平面反射鏡(9)反射至光路合成組件；

所述光路合成組件包括：合束鏡(10)。

3.根據權利要求1所述的數字全息三維形貌測量裝置，其特征在于，所述采集系統還包括：用于支撐每一傳感器的電控旋轉臺和平移臺；

所述電控旋轉臺用于調整傳感器的探測面與中心傳感器探測面的夾角，所述平移臺用于調整傳感器的探測面的平移量；

所述電控旋轉臺和平移臺分別借助各自的驅動系統與計算設備連接。

4.根據權利要求3所述的數字全息三維形貌測量裝置，其特征在于，所述傳感器包括：CCD或CMOS。

5.一種基于權利要求1至4任一所述的數字全息三維形貌測量裝置的測量方法，其特征在于，包括：

S1、調整采集系統中傳感器的探測面，并記錄調整后的每一傳感器的探測面相對中心傳感器的角度信息；

S2、啟動所述激光器，獲取發生干涉的參考光和反射光的全息信息；

S3、對所述全息信息進行重建，獲得待測物體的三維形貌。

6.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于，所述S3包括：

S31、基于采集系統中采集的參考光的共軛光對全息信息進行重建，得到用于提取相位信息的復振幅形式的物光場信息；

S32、基于預先確定的參數信息和所述角度信息，對所述物光場信息進行預處理，以抵消部分傳感器旋轉時引入的角度信息中的傾斜相位因子，得到每一傳感器的預處理后的相位；

S33、將每一傳感器的預處理后的相位兩兩做差，得到多組傳感器的相位差結果；

S34、對相位差結果進行解包裹，采用最小二乘擬合法對解包裹的相位進行擬合處理，獲得待測物體的三維物體表面形貌。