一种共光路干涉条纹投射装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种共光路干涉条纹投射装置，包括：光源、会聚透镜、孔径光阑、准直透镜、可调光阑、显微物镜、干涉条纹产生装置和工业相机。光源发出的光束，先后经过会聚透镜和孔径光阑作用，再经过准直透镜和可调光阑作用，入射到显微物镜内形成高质量的点光源；点光源发出的光入射到干涉条纹产生装置后产生干涉条纹投射到待测物体表面，经物体反射的变形条纹图被工业相机采集，最后通过相位测量轮廓术算法恢复出物体的三维形貌。本发明专利技术装置具有结构简单稳定、干涉条纹图像中心和边缘亮度分布均匀且条纹周期调节方便等特点，可应用于工业检测等领域。

A common path interference fringe projection device

The invention discloses a common-path interference fringe projection device, which comprises a light source, a convergent lens, an aperture, a collimating lens, an adjustable aperture, a microscope objective, an interference fringe generating device and an industrial camera. The light beam emitted by the light source, which passes through the converging lens and aperture aperture, and then through the collimating lens and adjustable aperture, is incident into the microscopic objective lens to form a high quality point light source; the light emitted by the point light source is incident into the interference fringe generating device, and then the interference fringe is projected onto the surface of the object to be measured, and the reflection of the object changes. The fringe pattern is captured by an industrial camera, and the three-dimensional shape of the object is recovered by the phase measurement profilometry algorithm. The device has the advantages of simple and stable structure, uniform distribution of the brightness of the center and edge of the interference fringe image and convenient adjustment of the fringe cycle, and can be applied to industrial detection and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种共光路干涉条纹投射装置
本专利技术属于三维形貌测量领域，具体涉及一种共光路干涉条纹投射装置。
技术介绍
三维形貌测量技术在先进装备制造业等领域中有重要的应用，对物体表面的全场高精度非接触动、静态三维形貌测量技术是当前科学研究的热点和难点问题。三维形貌测量技术按照三维形貌信息的获取方式分为主动式和被动式。主动式光学三维形貌测量技术具有非接触性、高灵敏度、高测量精度、高自动化等优点而日益受到人们的重视，所以被广泛应用于工业检测、生物医学和机器视觉等领域。例如：复杂叶轮和叶片的面形检测，口腔牙型测量，医学辅助诊断和各种实物模型的三维信息记录与仿形等。其中，相位测量轮廓术是主动式三维形貌测量的研究热点之一。基于条纹投射的相位测量轮廓术的一般步骤为：条纹投射装置对参考平面投射条纹图得到参考条纹图，当在参考平面上放置被检物体时得到变形条纹图，由两幅条纹图得到绝对相位差，经过三维重构算法进而得到被检物体表面的高度信息。现有的条纹投射技术，通常采用数字投影仪(DLP)投射条纹，数字条纹图可由计算机生成，该方法通过编程实现了非机械精确相移，并可实现自适应测量，但条纹周期受投影仪分辨率的限制，电压和亮度的非线性关系带来了系统误差。中国专利技术专利CN102679908A中提出一种双波长光纤干涉条纹投射技术，利用杨氏双孔干涉模型、光纤波分复用技术和马赫泽德非平衡干涉仪结构投射条纹，该方法测量精度较高、避免了电压和亮度的非线性关系产生的误差，但光纤极易受到温度波动及环境振动等因素的影响，从而导致光纤长度、折射率发生变化，使得投射干涉条纹出现相位漂移，而且由于采用非共光路干涉，对周围环境的振动影响敏感，导致投射干涉条纹不稳定。
技术实现思路
针对现有干涉条纹投射装置存在的问题，本专利技术提出了一种共光路干涉条纹投射装置。该装置具有物光和参考光共路干涉的特点，有效避免了振动和环境变化对干涉的影响，提高了投射干涉条纹的稳定性，且得到的条纹图像中心和边缘亮度分布均匀。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种共光路干涉条纹投射装置，其特征在于，所述投射装置包括：光源(1)、会聚透镜(2)、孔径光阑(3)、准直透镜(4)、可调光阑(5)、显微物镜(6)、干涉条纹产生装置(7)和工业相机(10)；光源(1)发出的光束，先后经过会聚透镜(2)和孔径光阑(3)作用，再经过准直透镜(4)和可调光阑(5)作用后入射到显微物镜(6)内并出射形成高质量的点光源；高质量的点光源发出的光入射到干涉条纹产生装置(7)后产生干涉条纹投射到待测物体表面，经待测物体反射的变形条纹图被工业相机(10)采集，最后通过相位测量轮廓术算法恢复出待测物体的三维形貌；光源(1)可以是激光，也可以是单色LED光源；干涉条纹产生装置(7)包括立方分束棱镜(11)和转台(12)，立方分束棱镜(11)安装在转台(12)上；所述高质量的点光源发出的发散光在进入所述立方分束棱镜(11)时被分开成两束光，两束光在立方分束棱镜(11)内部传播并发生干涉，生成干涉条纹，转台(12)可以带动立方分束棱镜(11)水平转动，从而产生不同周期的干涉条纹，干涉条纹的周期由以下公式决定：其中，θ为进入立方分束棱镜的光线与立方分束棱镜半反射层的夹角，Δ为干涉条纹的周期，λ为所用光源的波长。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：本专利技术采用共光路干涉投射干涉条纹，特点是物光和参考光共路干涉，避免了振动和环境变化对干涉的影响，提高了投射干涉条纹的稳定性，得到的条纹图像中心和边缘亮度分布均匀且条纹周期调节方便。附图说明图1为本专利技术的共光路干涉条纹投射装置光路图；图2为本专利技术的干涉条纹产生装置立体示意图；图3为本专利技术的共光路干涉光路图；图4为本专利技术的共光路干涉变形条纹示意图；图5为本专利技术的共光路干涉条纹重构算法处理流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1：光源；2：会聚透镜；3：孔径光阑；4：准直透镜；5：可调光阑；6：显微物镜；7：干涉条纹产生装置；8：待测物体；9：参考平面；10：相机；11：立方分束棱镜；12：转台。具体实施方案下面结合具体实施例，对本专利技术技术方案进一步说明。本专利技术的共光路干涉条纹投射装置实施方案的光路，如附图1所示，光源1、会聚透镜2、孔径光阑3、准直透镜4、可调光阑5、显微物镜6、干涉条纹产生装置7、待测物体8、参考平面9和工业相机10。干涉条纹产生装置7包括立方分束棱镜11和转台12，立方分束棱镜11安装在转台12上，参见附图2。实施例中光源1采用氦氖激光；工作时，光源1发出的光束，先后经过会聚透镜2和孔径光阑3作用，再经过准直透镜4和可调光阑5作用后入射到显微物镜6内并出射形成高质量的点光源；高质量的点光源发出的发散光入射到干涉条纹产生装置7后进入立方分束棱镜11时被分开成两束光，两束光在立方分束棱镜11内部传播并发生干涉，生成干涉条纹并投射到位于参考平面9上的待测物体8表面，从而生成变形条纹图并被工业相机10采集，具体光路如附图3所示。转台12可以带动立方分束棱镜11水平转动，从而产生不同周期的干涉条纹，干涉条纹的周期由以下公式决定：其中，θ为进入立方分束棱镜的光线与立方分束棱镜半反射层的夹角，Δ为干涉条纹的周期，λ为所用光源的波长。最后采用条纹重构算法对工业相机10采集到的变形条纹图进行处理，从而恢复出物体的三维形貌。条纹重构算法处理流程图如图5所示，首先将干涉条纹图转化为灰度图像并进行预处理，再经过傅里叶变换在频域中进行滤波处理获取基频成分，将基频成分移中处理并做逆傅里叶变换得到包裹相位图，最后进行相位去包裹处理得到连续相位信息分布图，即可恢复物体表面的三维形貌。以上所述为本专利技术较佳的应用实例而已，但本专利技术不应该局限于该实例和附图公开之内容，所以凡等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共光路干涉条纹投射装置，其特征在于，所述投射装置包括：光源(1)、会聚透镜(2)、孔径光阑(3)、准直透镜(4)、可调光阑(5)、显微物镜(6)、干涉条纹产生装置(7)和工业相机(10)；所述光源(1)发出的光束，先后经过会聚透镜(2)和孔径光阑(3)作用，再经过准直透镜(4)和可调光阑(5)作用后入射到显微物镜(6)内并出射形成高质量的点光源；所述高质量的点光源发出的光入射到干涉条纹产生装置(7)后产生干涉条纹投射到待测物体表面，经待测物体反射的变形条纹图被工业相机(10)采集，最后通过相位测量轮廓术算法恢复出所述待测物体的三维形貌。

【技术特征摘要】
1.一种共光路干涉条纹投射装置，其特征在于，所述投射装置包括：光源(1)、会聚透镜(2)、孔径光阑(3)、准直透镜(4)、可调光阑(5)、显微物镜(6)、干涉条纹产生装置(7)和工业相机(10)；所述光源(1)发出的光束，先后经过会聚透镜(2)和孔径光阑(3)作用，再经过准直透镜(4)和可调光阑(5)作用后入射到显微物镜(6)内并出射形成高质量的点光源；所述高质量的点光源发出的光入射到干涉条纹产生装置(7)后产生干涉条纹投射到待测物体表面，经待测物体反射的变形条纹图被工业相机(10)采集，最后通过相位测量轮廓术算法恢复出所述待测物体的三维形貌。2.根据权利要求1所述的一种共光路干涉条纹投...

【专利技术属性】
技术研发人员：文永富，李小燕，程灏波，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11