[發(fā)明專利]一種改進(jìn)的斜照明式彩色共聚焦測(cè)量系統(tǒng)和檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110096581.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN112857262A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余卿;張雅麗;程方;王寅;尚文鍵;王翀;董聲超;肖澤禎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25;G01B9/04
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35222
• 代理人: 陳曉思

本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的斜照明式彩色共聚焦測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)包括照明光路、水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、反射光路、采集光路和計(jì)算模塊。水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上能安裝被測(cè)物。照明光路的入射光部分聚焦至被測(cè)物表面，再反射至所述發(fā)射光路，再在反射光路上反向射回，并經(jīng)過(guò)反射光路上的分光鏡側(cè)向射出反射光路，射向所述采集光路。所述計(jì)算模塊連接于所述采集光路和所述水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。本發(fā)明以傾斜射入測(cè)試光波的方式對(duì)被測(cè)物表面信息進(jìn)行采集，采集光路采集到的波長(zhǎng)信息代表當(dāng)前測(cè)量物表面的相對(duì)軸向高度，計(jì)算模塊通過(guò)結(jié)合水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)掃描測(cè)量被測(cè)物整個(gè)表面的高度變化值，生成表面三維形貌圖。本發(fā)明不僅適用于水平表面的探測(cè)，也適用于豎直表面的探測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非接觸式表面三維形貌檢測(cè)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種改進(jìn)的斜照明式彩色共聚焦測(cè)量系統(tǒng)和檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，物體表面三維形貌測(cè)量領(lǐng)域受到越來(lái)越多學(xué)者的廣泛關(guān)注，彩色共聚焦技術(shù)作為物體表面三維形貌重構(gòu)技術(shù)之一，近幾年也有了很大的發(fā)展。與傳統(tǒng)的激光共聚焦技術(shù)相比，彩色共聚焦技術(shù)無(wú)需依賴位移平臺(tái)的軸向掃描即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量，對(duì)測(cè)量精度和測(cè)量效率都有了很大的提高。

然而，現(xiàn)有的一些彩色共聚焦技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)對(duì)物體水平表面的測(cè)量，不能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體豎直表面的測(cè)量。應(yīng)用范圍具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有彩色共聚焦技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)對(duì)物體水平表面的測(cè)量，不能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體豎直表面的測(cè)量技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的斜照明式彩色共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

本發(fā)明首先提出一種改進(jìn)的斜照明式彩色共聚焦測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)包括照明光路、水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、反射光路、采集光路和計(jì)算模塊。水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上能安裝被測(cè)物。照明光路的入射光部分聚焦至被測(cè)物表面，再反射至所述發(fā)射光路，再在反射光路上反向射回，并經(jīng)過(guò)反射光路上的分光鏡側(cè)向射出反射光路，射向所述采集光路。所述計(jì)算模塊連接于所述采集光路和所述水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。其中，照明光路的中心線與反射光路的中心線關(guān)于水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的法線對(duì)稱，且與水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)均呈夾角θ，且0θ≤θ_max，θ_max為采集光路能接收到光波信號(hào)的傾斜臨界角。當(dāng)θθ_max時(shí)，彩色相機(jī)采集到由被測(cè)物面反射回的能量將逐漸減少，將不再有光線返回探測(cè)器，此時(shí)彩色相機(jī)完全接受不到信號(hào)。

本發(fā)明的方案利用彩色共聚焦距離測(cè)量方法以傾斜射入測(cè)試光波的方式對(duì)被測(cè)物表面信息進(jìn)行采集，測(cè)量光線由于傾斜角度偏轉(zhuǎn)到其他方向無(wú)法直接由樣品表面反射回光線采集器，故添加反射光路將聚焦光全反射回接收系統(tǒng)(即采集光路)進(jìn)行光束信息采集。采集光路采集到的波長(zhǎng)信息代表當(dāng)前測(cè)量物表面的相對(duì)軸向高度，計(jì)算模塊通過(guò)結(jié)合水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)掃描測(cè)量被測(cè)物整個(gè)表面的高度變化值，生成表面三維形貌圖。本發(fā)明不僅適用于水平表面的探測(cè)，也適用于豎直表面的探測(cè)。將本發(fā)明的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度即可完成對(duì)豎直表面的探測(cè)。

作為本發(fā)明的改進(jìn)的斜照明式彩色共聚焦測(cè)量系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述照明光路包括復(fù)色光源、光纖、照明小孔機(jī)構(gòu)、第一色散管鏡和第一聚焦透鏡；光纖的一端連接到復(fù)色光源，另一端朝向照明小孔機(jī)構(gòu)上的照明小孔，指向照明小孔后端的第一色散管鏡；復(fù)色光源發(fā)出的光通過(guò)光纖和照明小孔，成為點(diǎn)光源，點(diǎn)光源的光通過(guò)第一色散管鏡成為準(zhǔn)直光，再通過(guò)第一聚焦透鏡成為沿照明光路的中心線依次聚焦的多光束。

作為本發(fā)明的改進(jìn)的斜照明式彩色共聚焦測(cè)量系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，由縱向分移動(dòng)和橫向分移動(dòng)合成水平方向的運(yùn)動(dòng)；測(cè)量系統(tǒng)還包括能驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿水平橫向和水平縱向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)模塊，所述計(jì)算模塊連接于所述驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物的位移精確控制和記錄，以進(jìn)行后續(xù)的三維模型計(jì)算。

作為本發(fā)明的改進(jìn)的斜照明式彩色共聚焦測(cè)量系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述反射光路包括第二聚焦透鏡、分光鏡、準(zhǔn)直鏡和角錐棱鏡；經(jīng)過(guò)被測(cè)物后的反射光依次通過(guò)第二聚焦透鏡、分光鏡和準(zhǔn)直鏡到達(dá)角錐棱鏡，并在角錐棱鏡上反向射回，經(jīng)過(guò)分光鏡的反射，側(cè)向射至所述采集光路。