[發(fā)明專(zhuān)利]一種面陣掃頻測(cè)量裝置和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011518547.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112684463A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷力;于龍;殷曉君;鄢淦威;陳哲鋒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢光目科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S17/08
• 分類(lèi)號(hào): G01S17/08;G01S7/481;G01B11/06
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;李歡

本發(fā)明提供了一種面陣掃頻測(cè)量裝置和方法，屬于激光測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，其中，分束器將匯聚光束分解為反射光和透射光；使用時(shí)被測(cè)物體反射反射光，形成信號(hào)光；反射元件用于將透射光反射；第二二向色鏡用于將反射的透射光分解為參考光和寬譜光；光譜儀用于通過(guò)分解出的寬譜光，獲取光譜信息；相機(jī)用于采集信號(hào)光和參考光干涉形成的干涉圖像；采集控制單元可以根據(jù)干涉圖像和補(bǔ)償信息分析被測(cè)物體的表面形貌；且根據(jù)光譜信息獲取振動(dòng)信息，用以控制壓電陶瓷位移臺(tái)移動(dòng)，獲取補(bǔ)償信息。本發(fā)明通過(guò)多個(gè)獨(dú)立散斑的疊加，實(shí)現(xiàn)了降低散斑對(duì)比度的效果；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了光學(xué)防抖功能，提升了激光測(cè)距的準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種面陣掃頻測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，零件加工的精密程度越來(lái)越成為高性能設(shè)備的關(guān)鍵，準(zhǔn)確且穩(wěn)定的生產(chǎn)出所需要的特定尺寸和形貌的零件非常重要。因此，對(duì)所生產(chǎn)的零件進(jìn)行精確的檢測(cè)是保證高質(zhì)量生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)有的技術(shù)中，大視場(chǎng)下的精確測(cè)距往往需要通過(guò)逐點(diǎn)掃描獲得零件的形貌，而且測(cè)量速度還會(huì)受限于掃描的速度，難以在高靈敏度的同時(shí)獲得高測(cè)量速度。因此，有需要開(kāi)發(fā)一種無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行掃描的大幅面、高精度、快速的測(cè)量物體厚度和距離的方法。

通過(guò)面陣掃頻的方法測(cè)量物體的表面形貌時(shí)，會(huì)遇到激光散斑導(dǎo)致物體成像時(shí)有不規(guī)律的隨機(jī)漲落光斑的問(wèn)題，散斑會(huì)導(dǎo)致對(duì)物體表面同一點(diǎn)多次采樣時(shí)數(shù)據(jù)隨機(jī)漲落的問(wèn)題，將影響測(cè)量的精度，現(xiàn)有的技術(shù)是采用機(jī)械點(diǎn)(線)掃描的方式，這一方式不會(huì)有散斑的影響，但速度較面陣系統(tǒng)慢。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，振動(dòng)無(wú)法避免，振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致多次采樣得到的信號(hào)來(lái)自于物體表面的不同點(diǎn)，對(duì)物體表面形貌等測(cè)量來(lái)講是需要盡量避免的。對(duì)于物體測(cè)量來(lái)說(shuō)，防抖的目的是測(cè)量點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置不變，儀器本身的抖動(dòng)不需要平衡。現(xiàn)有技術(shù)主要注重于光學(xué)平臺(tái)或者儀器本身的防抖。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了一種面陣掃頻測(cè)量裝置和方法，旨在解決現(xiàn)有的面陣掃頻由于無(wú)法避免振動(dòng)，導(dǎo)致激光測(cè)距精度較低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種面陣掃頻測(cè)量裝置，包括：

用于提供寬譜光的寬帶光源；用于提供激光光束的可調(diào)諧激光器；在激光光束的透射方向上依次設(shè)置的第一準(zhǔn)直器、擴(kuò)束器、相位陣列、第一二向色鏡、透鏡陣列、第一透鏡、分束器、反射元件和壓電陶瓷位移臺(tái)；在激光光束經(jīng)分束器反射的相反方向上依次設(shè)置的第二二向色鏡、鏡頭和相機(jī)；在第一二向色散的另一輸入端設(shè)置的第二準(zhǔn)直器，且第二準(zhǔn)直器設(shè)置在寬譜光傳輸方向；在寬譜光出射方向設(shè)置的第三準(zhǔn)直器和光譜儀；可調(diào)諧激光器的輸出端連接相機(jī)；光譜儀的輸出端連接采集控制單元的輸入端；采集控制單元的輸出端連接壓電陶瓷位移臺(tái)；其中，寬譜光和激光光束的波長(zhǎng)不相等；

相位陣列用于對(duì)準(zhǔn)直和擴(kuò)束后的激光光束相位調(diào)制；所述第一二向色鏡用于將相位調(diào)制的激光光束與輸入的寬譜光匯聚；所述透鏡陣列用于對(duì)匯聚光束聚焦；

分束器將匯聚光束分解為反射光和透射光；使用時(shí)被測(cè)物體反射反射光，形成信號(hào)光；反射元件用于將透射光反射；第二二向色鏡用于將反射的透射光分解為參考光和寬譜光；光譜儀用于通過(guò)分解出的寬譜光，獲取光譜信息；

相機(jī)用于采集信號(hào)光和參考光干涉形成的干涉圖像；采集控制單元可以根據(jù)干涉圖像和補(bǔ)償信息分析被測(cè)物體的表面形貌；且根據(jù)光譜信息獲取振動(dòng)信息，用以控制壓電陶瓷位移臺(tái)移動(dòng)，獲取補(bǔ)償信息。

優(yōu)選地，當(dāng)可調(diào)諧激光器發(fā)出等波數(shù)間隔的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)信號(hào)用于控制相機(jī)采集干涉圖像。

優(yōu)選地，當(dāng)反射元件為分束平板或光學(xué)窗口時(shí)，反射元件第一反射面的反射光中包含第一參考光，反射元件第二反射面的反射光中包含第二透射光；其中，信號(hào)光、第一參考光中的和第二參考光兩兩發(fā)生干涉。

優(yōu)選地，反射元件為傾斜反射元件。