一种面阵扫频测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种面阵扫频测量装置和方法，属于激光测距技术领域，装置包括可调谐激光器、第一准直器、第一扩束器、第一分束器、镜头、反射元件、相机和采集控制单元；可调谐激光器用于通过发送触发信号，控制相机采集干涉图像，并提供原始光束；第一分束器用于将经准直和扩束后的光束分为第一光束和第二光束，第一光束照射待测被测物体后反射；反射元件用于将第二光束反射形成参考光；相机用于采集第一反射光和参考光干涉形成的干涉图像。本发明专利技术取代了传统的点探测采集方式获取表面形貌，避免了点探测时引入的机械扫描误差，提升了一般视场下测量的准确度。下测量的准确度。下测量的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种面阵扫频测量装置和方法


[0001]本专利技术属于激光测距
，更具体地，涉及一种面阵扫频测量装置及方法。

技术介绍

[0002]现代工业生产中，零件加工的精密程度越来越成为高性能设备的关键，准确且稳定的生产出所需要的特定尺寸和形貌的零件非常重要。因此，对所生产的零件进行精确的检测是保证高质量生产的重要环节。现有的技术中，往往需要通过逐点扫描获得零件的形貌，而且测量速度还会受限于扫描的速度，难以在高灵敏度的同时获得高测量速度。这是点扫描的特性决定的。因此，有需要开发一种无需对样品进行扫描的大幅面、高精度、快速的测量物体厚度和距离的方法。
[0003]扫频干涉测距作为新一代非接触式精密测距方法，具有多种优点，比如灵敏度高，成像速度快。但是其一般采用传统的平衡探测器以及高速数据采集卡进行干涉数据的采集，其点探测的采集方式具有一定的局限性。另外，在传统激光干涉测距的原理中，有着两大主要问题限制着其实际应用。一是在信号的变换谱上，有一个固定存在的干扰峰，当信号峰与干扰峰发生混叠时，测量难以实现，即对应某段距离范围是“不可测”的，这个不可测量的区域也被称为死区。另一个问题是由于傅里叶变换的限制，测量距离存在一个非模糊距离。随着被测距离不断变长，测量结果将在非模糊距离范围内反复震荡，因此对于一个上升中的测量结果，实验并不能确定被测点的轴向移动方向，这就是非模糊距离带来的方向模糊性。扩展测量的范围、提高测量的精度，才能实现高精度加工反馈。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种面阵扫频测量装置和方法，利用相机实现面阵的高速测量。旨在解决现有的扫频干涉测距因为采用点探测采集方式存在机械扫描引入的误差，导致一般视场下测距不准确的问题。
[0005]为实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种面阵扫频测量装置，包括可调谐激光器、第一准直器、第一扩束器、第一分束器、镜头、反射元件、相机和采集控制单元；
[0006]在原始光束经第一分束器反射的方向上依次设置有第一分束器、镜头和相机；在原始光束的透射方向上依次设置有可调谐激光器、第一准直器、第一扩束器、第一分束器和反射元件；可调谐激光器的输出端与相机的输入端相连；
[0007]可调谐激光器用于通过发送触发信号，控制相机采集干涉图像，并提供原始光束；第一准直器和第一扩束器分别用于对原始光束进行准直和扩束，第一分束器用于将经准直和扩束后的光束分为第一光束和第二光束，第一光束照射待测被测物体后反射，形成第一反射光；反射元件用于将第二光束反射形成参考光；相机用于采集第一反射光和参考光干涉形成的干涉图像；采集控制单元用于根据干涉图像分析被测物体的表面形貌；镜头用于使干涉图像成像在相机上。
[0008]优选地，镜头为远心镜头。
[0009]优选地，反射元件为分束平板或光学窗口；
[0010]优选地，反射元件包括第二分束器、第一滤光片、第二滤光片、第一参考反射镜和第二参考反射镜；第一参考反射镜和第一滤光片构成第一参考臂，其放置方向为原始光束经第一分束器反射的方向；第二滤光片和第二参考反射镜构成第二参考臂，其放置方向为原始光束的透射方向；第一滤光片位于第一参考反射镜和第二分束器之间；第二滤光片位于第二参考反射镜和第二分束器之间；第二分束器具有固定且非均匀的分光比，用于将第二光束分为第一参考光束和第二参考光束；第一参考反射镜和第二参考反射镜分别用于将第一参考光束和第二参考光束反射，形成第二反射光和第三反射光；第一反射光、第二反射光和第三反射光两两干涉形成干涉图像。
[0011]优选地，反射元件为倾斜反射元件。
[0012]基于上述提供的面阵扫频测量装置，本专利技术提供了相应的面阵扫频测量方法，包括以下步骤：
[0013]将原始光束依次进行准直和扩束后，分为第一光束和第二光束；
[0014]第一光束照射至被测物体后反射形成第一反射光；且第二光束反射后形成参考光；
[0015]利用相机采集第一反射光和参考光干涉形成的干涉图像；
[0016]根据干涉图像分析被测物体的表面形貌。
[0017]优选地，参考光的获取方法为：
[0018]将第二光束分为第一参考光束和第二参考光束；
[0019]第一参考光束和第二参考光束分别反射后进行滤光处理，获取第二反射光和第三反射光；
[0020]其中，参考光包括第二反射光和第三反射光。
[0021]另一方面，本专利技术提供了一种面阵扫频测量装置，包括：可调谐激光器、第一准直器、第一扩束器、第一分束器、镜头、相机、采集控制单元、第一光纤分束器和透射元件；
[0022]在第一光束经第一分束器反射的方向上依次设置有第一分束器、镜头和相机；在第一光束的透射方向上依次设置有第一准直器、第一扩束器、第一分束器和透射元件；可调谐激光器的输出端连接第一光纤分束器的输入端；第一光纤分束器的第一输出端连接第一准直器，其第二输出端连接透射元件；
[0023]可调谐激光器用于通过发送触发信号，控制相机采集干涉图像，并提供原始光束；第一光纤分束器用于将原始光束分为第一光束和第二光束；第一准直器和第一扩束器分别用于对第一光束进行准直和扩束；第一分束器用于将经准直和扩束的第一光束照射至被测物体上，获取反射光；透射元件用于将第二光束传递至第一分束器，形成参考光；相机用于采集反射光和参考光干涉形成的干涉图像，采集控制单元用于根据干涉图像分析被测物体的表面形貌；镜头用于使干涉图像成像在相机上。
[0024]优选地，透射元件为倾斜透射元件。
[0025]优选地，镜头为远心镜头。
[0026]优选地，透射元件包括顺次相连的光纤衰减器、第二准直器和第二扩束器；
[0027]第二扩束器的输出端与第一分束器相连；第二准直器和第二扩束器分别对第二光束进行准直和扩束。
[0028]优选地，透射元件包括第二光纤分束器、第四准直器、第三扩束器、第三准直器、第四扩束器和第三分束器；
[0029]第二光纤分束器的输出端连接第三准直器和第四准直器；第四准直器和第三扩束器构成第一参考臂，其放置方向为第一光束经第一分束器反射的方向，由第三扩束器连接在第三分束器上；第三准直器和第四扩束器构成第二参考臂,其放置方向为第一光束的透射方向，由第四扩束器连接在第三分束器上；第三分束器连接在第一分束器的透射方向；第二光纤分束器用于将第二光束分为第一参考光和第二参考光；第一参考光和第二参考光均经过准直和扩束后，分别形成第一透射光和第二透射光；第一透射光、第二透射光和反射光两两发生干涉，形成干涉图像。
[0030]基于上述提供的面阵扫频测量装置，本专利技术提供了相应的面阵扫频测量方法，包括以下步骤：
[0031]将原始光束分为第一光束和第二光束；
[0032]第一光束依次进行准直和扩束后，照射至被测物体后反射形成反射光；且第二光束经第一分束器，形成参考光；
[0033]利用相机采集反射光和参考光干涉形成的干涉图像；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面阵扫频测量装置，其特征在于，包括可调谐激光器(1)、第一准直器(3)、第一扩束器(4)、第一分束器(5)、镜头(7)、反射元件(11)、相机(8)和采集控制单元；在原始光束经所述第一分束器(5)反射的方向上依次设置有所述第一分束器(5)、所述镜头(7)和所述相机(8)；在原始光束的透射方向上依次设置有所述第一准直器(3)、所述第一扩束器(4)、所述第一分束器(5)和所述反射元件(11)；所述可调谐激光器(1)的输出端与所述相机(8)的输入端相连；所述可调谐激光器(1)用于通过发送触发信号控制相机采集干涉图像，并提供原始光束；所述第一分束器(5)用于将经准直和扩束后的光束分为第一光束和第二光束，第一光束照射待测被测物体后反射，形成第一反射光；所述反射元件(11)用于将第二光束反射形成参考光；所述相机(8)用于采集第一反射光和参考光干涉形成的干涉图像；采集控制单元用于根据干涉图像分析被测物体的表面形貌；镜头(7)用于使干涉图像成像在相机(8)上。2.根据权利要求1所述的面阵扫频测量装置，其特征在于，所述反射元件(11)包括第二分束器(16)、第一滤光片(17)、第二滤光片(19)、第一参考反射镜(18)和第二参考反射镜(10)；所述第一参考反射镜(18)和所述第一滤光片(17)构成第一参考臂，其放置方向为原始光束经第一分束器(5)反射的方向；所述第二滤光片(19)和所述第二参考反射镜(10)构成第二参考臂，其放置方向为原始光束的透射方向；所述第一滤光片(17)位于第一参考反射镜(18)和第二分束器(16)之间；所述第二滤光片位于第二参考反射镜(10)和第二分束器(16)之间；所述第二分束器(16)具有固定且非均匀的分光比，用于将第二光束分为第一参考光束和第二参考光束；所述第一参考反射镜(18)和所述第二参考反射镜(10)分别用于将第一参考光束和第二参考光束反射，形成第二反射光和第三反射光；第一反射光、第二反射光和第三反射光两两干涉形成干涉图像。3.根据权利要求1所述的放大型面阵扫频测量装置，其特征在于，所述反射元件(11)为倾斜反射元件。4.一种基于权利要求1所述的面阵扫频测量装置的面阵扫频测量方法，其特征在于，包括以下步骤：将原始光束依次进行准直和扩束后，分为第一光束和第二光束；第一光束照射至被测物体后反射形成第一反射光；且第二光束反射后形成参考光；利用相机采集第一反射光和参考光干涉形成的干涉图像；根据干涉图像分析被测物体的表面形貌。5.根据权利要求4所述面阵扫频测量方法，其特征在于，参考光的获取方法为：将第二光束分为第一参考光束和第二参考光束；第一参考光束和第二参考光束分别反射后进行滤光处理，获取第二反射光和第三反射光；其中，参考光包括第二反射光和第三反射光。6.一种面阵扫频测量装置，其特征在于，包括：可调谐激光器(1)、第一准直器(3)、第一扩束器(4)、第一分束器(5)、镜头(7)、相机(8)、采集控制单元、第一光纤分束器(2)和透射元件；
在第一光束经所述第一分束器(5)反射的方向上依次设置有所述第一分束器(5)、所述镜头(7)和所述相机(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷晓君，于龙，雷力，谢谊，李志标，
申请(专利权)人：武汉光目科技有限公司，
类型：发明
国别省市：