一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统，其包括照明光路、水平运动平台、反射光路、采集光路和计算模块。水平运动平台上能安装被测物。照明光路的入射光部分聚焦至被测物表面，再反射至所述反射光路，再在反射光路上反向射回，并经过反射光路上的分光镜侧向射出反射光路，射向所述采集光路。所述计算模块连接于所述采集光路和所述水平运动平台。本测量系统以倾斜射入测试光波的方式对被测物表面信息进行采集，采集光路采集到的波长信息代表当前测量物表面的相对轴向高度，计算模块通过结合水平运动平台扫描测量被测物整个表面的高度变化值，生成表面三维形貌图。本实用新型专利技术不仅适用于水平表面的探测，也适用于竖直表面的探测。于竖直表面的探测。于竖直表面的探测。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统


[0001]本技术涉及非接触式表面三维形貌检测领域，具体而言，涉及一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统。

技术介绍

[0002]随着科学技术的快速发展，物体表面三维形貌测量领域受到越来越多学者的广泛关注，彩色共聚焦技术作为物体表面三维形貌重构技术之一，近几年也有了很大的发展。与传统的激光共聚焦技术相比，彩色共聚焦技术无需依赖位移平台的轴向扫描即可实现测量，对测量精度和测量效率都有了很大的提高。
[0003]然而，现有的一些彩色共聚焦技术只能实现对物体水平表面的测量，不能够实现对物体竖直表面的测量。应用范围具有一定的局限性。

技术实现思路

[0004]为了解决现有彩色共聚焦技术只能实现对物体水平表面的测量，不能够实现对物体竖直表面的测量技术问题，本技术提出了一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统，本技术的技术方案如下。
[0005]本技术首先提出一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统。该测量系统包括照明光路、水平运动平台、反射光路、采集光路和计算模块。水平运动平台上能安装被测物。照明光路的入射光部分聚焦至被测物表面，再反射至所述反射光路，再在反射光路上反向射回，并经过反射光路上的分光镜侧向射出反射光路，射向所述采集光路。所述计算模块连接于所述采集光路和所述水平运动平台。其中，照明光路的中心线与反射光路的中心线关于水平运动平台的法线对称，且与水平运动平台均呈夹角θ，且0<θ≤θ
max
，θ
max
为采集光路能接收到光波信号的倾斜临界角。当θ>θ
max
时，彩色相机采集到由被测物面反射回的能量将逐渐减少，将不再有光线返回探测器，此时彩色相机完全接受不到信号。
[0006]本技术的方案利用彩色共聚焦距离测量方法以倾斜射入测试光波的方式对被测物表面信息进行采集，测量光线由于倾斜角度偏转到其他方向无法直接由样品表面反射回光线采集器，故添加反射光路将聚焦光全反射回接收系统 (即采集光路)进行光束信息采集。采集光路采集到的波长信息代表当前测量物表面的相对轴向高度，计算模块通过结合水平运动平台扫描测量被测物整个表面的高度变化值，生成表面三维形貌图。本技术不仅适用于水平表面的探测，也适用于竖直表面的探测。将本技术的整个测量系统沿逆时针旋转 90度即可完成对竖直表面的探测。
[0007]作为本技术的改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统的进一步改进，所述照明光路包括复色光源、光纤、照明小孔机构、第一色散管镜和第一聚焦透镜；光纤的一端连接到复色光源，另一端朝向照明小孔机构上的照明小孔，指向照明小孔后端的第一色散管镜；复色光源发出的光通过光纤和照明小孔，成为点光源，点光源的光通过第一色散管镜成为准直光，再通过第一聚焦透镜成为沿照明光路的中心线依次聚焦的多光束。其中，所述第一
聚焦透镜为平凸透镜，能将准直线汇聚射出。
[0008]作为本技术的改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统的进一步改进，所述水平运动平台为二维运动平台，由纵向分移动和横向分移动合成水平方向的运动；测量系统还包括能驱动水平运动平台沿水平横向和水平纵向移动的驱动模块，所述计算模块连接于所述驱动模块，实现对被测物的位移精确控制和记录，以进行后续的三维模型计算。
[0009]作为本技术的改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统的进一步改进，所述反射光路包括第二聚焦透镜、分光镜、准直镜和角锥棱镜；经过被测物后的反射光依次通过第二聚焦透镜、分光镜和准直镜到达角锥棱镜，并在角锥棱镜上反向射回，经过分光镜的反射，侧向射至所述采集光路。其中，所述第二聚焦透镜为平凸透镜，能将分散的光束汇聚准直。其中，所述准直镜为凸透镜，能将通过的光线汇聚或者准直。
[0010]作为本技术的改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统的进一步改进，所述采集光路包括：第二色散管镜、探测小孔机构和彩色相机；从分光镜反射出的光束，依次通过所述第二色散管镜、探测小孔机构上的探测小孔，到达彩色相机。
[0011]作为本技术的改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统的进一步改进，所述计算模块包括计算机，计算机分别连接于所述彩色相机和水平运动平台的驱动机构，控制和记录二维运动平台的扫描路径。
[0012]本技术不仅适用于水平表面的探测，也适用于竖直表面的探测。将本技术的整个测量装置沿竖直面旋转90度即可完成对竖直表面的探测。
[0013]本技术其次还提出一种改进的斜照明式彩色共聚焦检测方法，应用于上述的改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统，本检测方法包括以下步骤：
[0014]P1，在照明光路上：先发出复色入射光，再将光束色散，然后将光束按波长沿照明光路中心线依次聚焦。
[0015]P2，将被测物移动至步骤P1的光束聚焦线上，使被测物表面出现聚焦光斑，计算模块控制水平运动平台的水平移动路径，使被测物表面各个测试位置均经过光束聚焦线。水平运动平台主要用于带动被测物进行二维扫描运动，结合对水平运动平台的二维扫描从而完成对整个被测物表面的测量。
[0016]P3，在光斑的反射路径上设置反射光路，在反射光路上，将光线汇聚为准直光，再透过分光镜，最后被反射光路末端的回射器件反向射回，再次经过分光镜，在分光镜上反射向所述采集光路。
[0017]P4，采集光路采集光波信息，计算模块进行图像处理得到物体表面三维形貌特征。
[0018]作为本技术的改进的斜照明式彩色共聚焦检测方法的进一步改进，步骤P1具体包括：复色光源发出复色光，通过光纤和照明小孔形成复色点光源，复色点光源经过所述第一色散管镜形成色散光，色散之后的光经过第一聚焦透镜聚焦到被测物表面。这里，色散就是将一束复色光色散成具有不同波长的多束光线，使得不同波长的光线分别聚焦于光轴(照明光路中心线)的不同轴向高度位置处，随着光线波长的增加，光线的孔径角变小，即波长越长的光线聚焦位置越远离第一聚焦透镜。
[0019]作为本技术的改进的斜照明式彩色共聚焦检测方法的进一步改进，步骤P3具体包括：被测物上的光斑反射后，依次通过第二聚焦透镜、分光镜和准直镜后，到达角锥棱镜，角锥棱镜将光线沿原方向反射，先透过准直镜到达分光镜，经过分光镜的反射，侧向射
至所述采集光路。
[0020]作为本技术的改进的斜照明式彩色共聚焦检测方法的进一步改进，步骤P4具体包括：从分光镜反射向采集光路的光线，依次通过第二色散管镜、探测小孔机构上的探测小孔，到达彩色相机；彩色相机作为光学传感器，其接收光波信号，并将光信号转化为电信号，接着将电信号传输至计算机；计算机根据该电信号以及水平运动平台的扫描路径，进行数字图像处理得到物体表面三维形貌特征。这里，需要说明的是，只有聚焦于被测物表面的光线经反射后才能够通过探测小孔，非聚焦于被测物表面的光线会被探测小孔滤除。也就是说，照明小孔、被测物焦点以及探测小孔三者具有共轭的关系。
[0021]本测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统，其特征在于：所述测量系统包括照明光路、水平运动平台(7)、反射光路、采集光路和计算模块；水平运动平台(7)上能安装被测物(6)，照明光路的入射光部分聚焦至被测物(6)表面，再反射至所述反射光路，再在反射光路上反向射回，并经过反射光路上的分光镜(8)侧向射出反射光路，射向所述采集光路，所述计算模块连接于所述采集光路和所述水平运动平台；其中，照明光路的中心线与反射光路的中心线关于水平运动平台的法线对称，且与水平运动平台均呈夹角θ，且0<θ≤θ
max
，θ
max
为采集光路能接收到光波信号的倾斜临界角。2.根据权利要求1所述的改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统，其特征在于：所述照明光路包括复色光源(1)、光纤(2)、照明小孔机构(3
‑
1)、第一色散管镜(4
‑
1)和第一聚焦透镜(5
‑
1)；光纤(2)的一端连接到复色光源(1)，另一端朝向照明小孔机构(3
‑
1)上的照明小孔，指向照明小孔后端的第一色散管镜(4
‑
1)；复色光源(1)发出的光通过光纤(2)和照明小孔，成为点光源，点光源的光通过第一色散管镜(4
‑
1)成为准直光，再通过第一聚焦透镜(5
‑
1)成为沿照明光路的中心线依次聚焦的多光束。3.根据权利要求2所述的改进的斜照明式彩色共聚焦测量系统，其特征在于：所述第一聚焦透镜(5
‑
1)为平凸透镜。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：余卿，张雅丽，程方，王寅，尚文键，王翀，董声超，肖泽祯，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：新型
国别省市：