【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学测量位移，尤其是基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量装置及方法。
技术介绍
1、大量程精密位移测量技术及设备是超精密高端装备的核心技术和关键功能部件。目前常见的位移测量方式主要有电气测量、光学光栅式测量等。电气式的测量方法可靠性高，适用范围广，测量精度可观，但需要高昂的安装和维护成本以及要求较高的测量环境；光学光栅式测量方法可以满足大量程、高速度及高精度要求，但它也同时存在周期性误差累计或刻线失误等问题，对制造或安装要求较高，其中的全息式光栅虽然精度较高，但是测量效率低，适用场合受限。而本专利技术所提出的基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性大量程位移测量装置及方法具有测量精度高，测量范围大，非接触式等优点。另外，相比于传统的激光干涉测量装置系统复杂的缺点，本装置系统构成简单，安装便利，适用范围得到极大提高。
技术实现思路
1、本专利技术提出基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量装置及方法，测量装置结构简单，测量方法易于实现，测量精度高且范围大。
2、本专利技术采用以下技术方案。
3、基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量装置，包括双狭缝光阑、线阵相机、位移测量滑动平台、光源和图像处理系统；所述的位移测量滑动平台为在线性导轨处移动的滑台，滑台为被测物体所在位置，滑台与线阵相机相连，使相机光轴与光源输出的激光、双狭缝光阑处于同一水平高度；当进行测量作业时，光源激光穿过双狭缝光阑形成干涉条纹；所述线阵相机对干涉条纹图像进行采集，并将采集数据传输至图像处理系统
4、所述光源为半导体激光光源，所述线性导线为带电动滚珠丝杆机构的线性导轨。
5、基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量方法，采用以上所述的线性位移测量装置，包括以下步骤；
6、步骤s1：将线阵相机与位移测量滑动平台的滑台相固定，调整至相机光轴与半导体激光器输出的激光光路、双狭缝光阑处于同一水平高度，对镜头的焦点和光圈进行调整，并在采集软件中设置好相应参数，使激光穿过双狭缝光阑形成的干涉条纹均匀、清晰地成像于线阵相机的传感器中；
7、步骤s2：随着滑台的水平移动，激光穿过双狭缝光阑产生的干涉中心条纹位置不变，各周期条纹间距改变，在线阵相机的传感器中成像的条纹信号也随之变化，在滑台水平位移过程中通过线阵相机对接收到的干涉条纹进行连续成像；
8、步骤s3：将采集到的条纹信号传输至图像处理系统，图像处理系统对条纹信号进行预处理，并初步计算待测物体与光源之间的距离信息。
9、所述步骤s3具体包括以下步骤；
10、步骤s31：将得到的条纹信号以行为单位，进行条纹预处理；
11、步骤s32：除第一行外，根据通过条纹预处理得到的归一化条纹幅频校正信息与线阵相机成像范围计算得到第i个周期条纹像素对应的现实空间距离δx(i)，利用δx(i)与位移值-像素点-现实空间映射关系公式进行计算初步确定滑台与光源之间的距离值；
12、步骤s33：在初步确定的位移值前后0.98倍至1.02倍范围内等间距取500个距离值点位，根据500个点位代表的距离值反向应用映射关系公式得到对应的δx(i)，并利用其构造出500行叠加光强图像，其中每行叠加光强图像即为该点位距离值所形成的理想干涉条纹图；
13、步骤s34：对叠加光强图像与原图像作相关计算，得到不同点位对应的相关系数；
14、步骤s35：取500个点位内最大相关系数，且取其对应的距离值前后一定范围内等间距共取40个距离值进行加权平均得到最终精确距离值，其中权重为各个距离值对应的相关系数。
15、所述条纹预处理包括：先对原始条纹信号做汉明窗算法校正，再对校正后的条纹信号做傅里叶变换得到幅频信息，然后取频率信号功率最大处以及频率信号功率最大处的前后各6个点，对频率信号做归一化处理，得到归一化频率信号。
16、所述条纹初步确定的位移值-像素点-现实空间映射关系公式为：
17、l(i)＝(δx(i)*d)/λ
18、其中，l(i)为初步确定的第i个周期条纹对应的空间实际位移值，δx(i)为第i个周期条纹像素对应的现实空间距离，d为两条狭缝之间的间距，λ为所形成干涉条纹的激光波长，而每个条纹周期对应空间实际位移值δx(i)经过映射关系公式计算得到的l(i)即为初步确定的待测物体与光源之间的距离值。
19、本专利技术涉及一种基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性大量程位移测量装置及方法，该方法通过线阵相机来采集激光穿过双狭缝光阑形成的干涉条纹，并将采集到的条纹信号传输至图像处理系统，而图像处理系统通过预处理及多次校正等步骤测得线性位移参数；与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：提供了一种基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性大量程位移测量装置及方法，通过将激光穿过双狭缝光阑形成干涉条纹，再通过线阵相机获取待测物体水平运动时的干涉条纹图像，最后通过图像处理系统对条纹图像进行分析处理，从而得到待测物体的水平位移信息，整个测量装置结构简单，测量方法易于实现，测量精度高且范围大，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
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1.基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量装置，其特征在于：包括双狭缝光阑、线阵相机、位移测量滑动平台、光源和图像处理系统；所述的位移测量滑动平台为在线性导轨处移动的滑台，滑台为被测物体所在位置，滑台与线阵相机相连，使相机光轴与光源输出的激光、双狭缝光阑处于同一水平高度；当进行测量作业时，光源激光穿过双狭缝光阑形成干涉条纹；所述线阵相机对干涉条纹图像进行采集，并将采集数据传输至图像处理系统；滑台驱动线阵相机进行水平线性位移，以使相机采集到不同距离对应的干涉条纹图像信息；所述图像处理系统分析获得的条纹图像信息，得到待测物体与光源之间的距离信息。
2.根据权利要求1所述的基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量装置，其特征在于：所述光源为半导体激光光源，所述线性导线为带电动滚珠丝杆机构的线性导轨。
3.基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量方法，采用权利要求2所述的线性位移测量装置，其特征在于：包括以下步骤；
4.根据权利要求3所述的基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下步骤；
5.根据权利要求4所述的基
6.根据权利要求4所述的基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量方法，其特征在于：所述条纹初步确定的位移值-像素点-现实空间映射关系公式为：
...【技术特征摘要】
1.基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量装置，其特征在于：包括双狭缝光阑、线阵相机、位移测量滑动平台、光源和图像处理系统；所述的位移测量滑动平台为在线性导轨处移动的滑台，滑台为被测物体所在位置，滑台与线阵相机相连，使相机光轴与光源输出的激光、双狭缝光阑处于同一水平高度；当进行测量作业时，光源激光穿过双狭缝光阑形成干涉条纹；所述线阵相机对干涉条纹图像进行采集，并将采集数据传输至图像处理系统；滑台驱动线阵相机进行水平线性位移，以使相机采集到不同距离对应的干涉条纹图像信息；所述图像处理系统分析获得的条纹图像信息，得到待测物体与光源之间的距离信息。
2.根据权利要求1所述的基于杨氏双狭缝干涉条纹的线性位移测量装置，其特征在于：所述光源为半导体激光光源，所述线性导线为带电动滚珠丝杆机构的线性...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟剑锋，冯斌，钟舜聪，陈钰龙，卢飞鸿，刘东明，池守疆，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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