本实用新型专利技术为一种散射光场全息三维位移紧凑型测量装置，属于光学精密测量技术领域。本实用新型专利技术装置主要由激光器、第一分光镜、会聚透镜、针孔、第一平面镜、第二平面镜、第二分光镜和相机组成，通过结合散射光场的全息测量和数字图像相关等技术，实现高散射物体三维矢量位移的高速同步测量。本实用新型专利技术测量装置结构节凑，适合集成化。本实用新型专利技术首次将数字图像相关技术融入到散射光场的位移测量技术中，具有非接触性、同步测量、测量精度高、测量速度快、装置紧凑等优点，可用于对高散射物体进行快速同步的三维位移测量。快速同步的三维位移测量。快速同步的三维位移测量。
【技术实现步骤摘要】
散射光场全息三维位移紧凑型测量装置
[0001]本技术属于光学测量
，具体是一种散射光场全息三维位移紧凑型测量装置。
技术介绍
[0002]随着机械制造、半导体工业等行业精密加工技术的迅猛发展，相应的对于各类超精密器件或光学元件的工艺要求日益增加。对于许多要求各部件精准配合的场合，如航空航天、微型医疗机器人等，如何获得精密元件的位移或形变是一个非常关键的问题。
[0003]在现有的测量手段中，传统的接触式位移测量技术测量速度慢，而且会引入人为的受力干扰，也可能会因接触力而对物体表面造成磨损，因此不太适合精密元件的测量。在非接触测量技术中，数字全息技术具有无接触式测量、全场测量纳米级的高精度等优点，是一种十分理想的高精度位移检测手段。但是数字全息技术一般用于镜面表面物体的测量，对于散射表面的物体失效。同时，单一的数字全息装置并不适用于三维位移的测量。若想实现同步三维位移测量，往往需要三套数字全息装置，每一套负责一个维度形变的测量。然而，三套数字全息装置的安装较为复杂。同时信息的利用效率不高，只利用了相位图，而三个装置的强度图被全部丢弃。
[0004]此外，在现有光学测量技术中，数字图像相关方法因具有安装简单、测量指标和信息量丰富、可测材料类型众多、适合各个尺度和多种条件下的测量、精度高等综合优势而被广泛研究与应用。在实验力学领域，二维数字图像相关是一种广泛使用的方法，用于定量测量平面物体面内x与y方向的位移。它通过分析变形前后被测物表面的数字图像获得物体感兴趣区域的图像平面内位移和应变信息，并达到亚像素精度。但是，二维数字图像相关仅限于面内x与y方向位移的测量，无法获得光轴z方向的位移。
[0005]因此，如何通过一个简单的装置快速简便的获得物体的三维位移是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
[0006]本技术的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种散射光场全息三维位移紧凑型测量装置。本技术是基于散射光场测量技术，并结合二维数字图像相关技术，动态同步地测量物体的三维位移。本技术可应用到镜面或者粗糙表面物体的位移测量中，实现物体三维位移或形变的同步测量。
[0007]本技术是通过如下技术方案实现的：
[0008]一种散射光场全息三维位移紧凑型测量装置，包括激光器、第一分光镜、会聚透镜、针孔、第一平面镜、第二平面镜、第二分光镜和相机；第一分光镜正对激光器的激光发射口，会聚透镜、针孔和第一平面镜依次排成一排并位于第一分光镜的反射光路上，第二平面镜位于第一平面镜的反射光路上，第二分光镜位于第一分光镜的透射光路与第二平面镜的反射光路的交叉位置处，待测物体位于第二分光镜的透射光路上，相机位于第二分光镜的
合束光路上。
[0009]上述测量装置的测量原理为：激光器发出的光入射到第一分光镜后分成两路，其中一路透射光束经过第二分光镜后照射到待测物体表面，然后待测物体表面反射的光经第二分光镜反射后垂直照射在相机的感光面，形成测量光束；另一路反射光束经会聚透镜、针孔、第一平面镜和第二平面镜后再透射过第二分光镜照射到相机的成像平面，形成参考光束；参考光束和测量光束干涉后形成的干涉图由相机记录下来。
[0010]进一步的，在第一分光镜和会聚透镜之间设置有中性衰减片，用来控制参考光束的光强。
[0011]进一步的，在第二分光镜和待测物体之间设置有成像透镜，用于放大第二分光镜到待测物体之间的物光光斑，同时用于将待测物体反射回来的物光进行聚焦成像。
[0012]进一步的，在第二平面镜和第二分光镜之间设置有相移装置，对参考光束进行移相，进而通过多步相移计算方法从全息图中提取散射光场。
[0013]进一步的，第一分光镜由偏振分光单元替代，偏振分光单元由偏振分光镜、第一半波片和第二半波片组成，偏振分光镜位于第一分光镜的位置处，第一半波片设置于激光器和偏振分光镜之间，第二半波片设置于偏振分光镜和会聚透镜之间；第一半波片、第二半波片和偏振分光镜组成偏振控制结构，通过旋转第一半波片控制测量光束和参考光束的光强比。
[0014]本技术与现有技术相比，具有以下的创新点及显著优点：
[0015]1、本技术测量装置解决了现有三维矢量位移测量技术由于使用多套测量装置分别测量不同维度的位移，导致系统光路结构复杂、成本高的问题，提出仅采用复用一路测量光束的测量装置，将其与二维数字图像相关技术相结合，高效地利用一套测量系统的全部信息，有效地降低了成本，大大简化了测量系统和操作过程的复杂度；
[0016]2、本技术测量装置与现有的测量装置相比，结构设计更加科学合理，使用更加简单方便，设计的光路更加紧凑，更适合集成化；
[0017]3、本技术测量装置采用单透镜，既实现了光斑放大，又实现了成像功能。可以根据实际需求放大光斑，实现更大光斑的测量范围；
[0018]4、本技术将纳米级高精度散射光场测量技术和亚像素级高精度数字图像相关技术相结合，具有高效、快速、测量精度高、动态测量的优点，能够实现对待测件的无损检测；
[0019]5、本技术可以实现对散射表面物体的三维位移进行同步测量，解决了传统光学测量装置只能对镜面表面物体进行测量的局限性。
附图说明
[0020]此处的附图用来提供对本技术的进一步说明，构成本申请的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用来解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
[0021]图1是本技术散射光场全息三维位移紧凑型测量装置示意图。
[0022]图2是实施例1中的散射光场全息的三维位移测量装置的结构图。
[0023]图3是本技术实施例1中CCD采集的物体位移前的全息图。
[0024]图4是本技术实施例1中CCD采集的物体位移后的全息图。
[0025]图5是本技术实施例1中CCD采集的物体位移前后的相位图。
[0026]图6是本技术实施例1中沿着光轴方向位移测量结果。
[0027]图7是本技术实施例1中CCD采集的物体位移前后的强度图。
[0028]图8是本技术实施例1中垂直光轴的x方向位移的测量结果。
[0029]图9是本技术实施例1中垂直光轴的y方向位移的测量结果。
[0030]图10是本技术实施例2中的散射光场全息的三维位移测量装置的结构图。
[0031]图11是本技术实施例2中偏振分光单元的内部结构图。
[0032]图12是本技术实施例3中的散射光场全息的三维位移测量装置的结构图。
[0033]图13是本技术实施例4中的散射光场全息的三维位移测量装置的结构图。
[0034]其中：1
‑
激光器、2
‑
第一分光镜、3
‑
中性衰减片、4
‑
会聚透镜、5
‑
针孔、6
‑
第一平面镜、7...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种散射光场全息三维位移紧凑型测量装置，其特征在于：包括激光器（1）、第一分光镜（2）、会聚透镜（4）、针孔（5）、第一平面镜（6）、第二平面镜（7）、第二分光镜（8）和相机（11）；第一分光镜（2）正对激光器（1）的激光发射口，会聚透镜（4）、针孔（5）和第一平面镜（6）依次排成一排并位于第一分光镜（2）的反射光路上，第二平面镜（7）位于第一平面镜（6）的反射光路上，第二分光镜（8）位于第一分光镜（2）的透射光路与第二平面镜（7）的反射光路的交叉位置处，待测物体（10）位于第二分光镜（8）的透射光路上，相机（11）位于第二分光镜（8）的合束光路上。2.根据权利要求1所述的散射光场全息三维位移紧凑型测量装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClG零三H一零零，
申请(专利权)人：绍兴钜光光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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