专利名称：利用电子散斑相移技术测量物体三维面形的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物体的三维面形测量的系统，尤其是一种利用电子散斑相移 技术测量物体三维面形的系统。
背景技术：
随着计算机技术、电子技术、数字图像采集和处理技术的飞速发展，产生了电子散 斑干涉术。近年来由于电子散斑干涉技术具有操作简单、全场测量、非接触、高精度、隔震 要求低的特点，成为一种较为成熟的光学三维面形测量技术，并且在面形测量、变形测量中 得到了广泛的应用，特别是在设备的无损检测、热变形测量以及口腔修复的应用中电子散 斑干涉技术具有明显的优势。面形测量中，从光强分布中提取相位信息的相位测量技术是 决定测量结果是否准确的关键技术之一，主要有傅里叶变换法和相移法。基于投影栅线的 傅里叶变换法对比度高，易于动态处理，但测量精度受投影栅线空间频率的限制，灵敏度不 高。电子散斑干涉利用光的干涉产生干涉调制条纹，不需要投影栅线，物体的相位信息包含 在散斑颗粒内，形成以散斑为载体的干涉条纹，因而灵敏度也较高。散斑测量技术的发展方 向决定了必须向三维测量发展。三维相移电子散斑干涉技术是电子散斑干涉技术结合相移 技术向三维、高精度和自动化方向的发展。电子散斑载频调制技术已应用于物体的三维面 形测量，载频调制有全场提取面形信息的特点，对面形边缘或者细节的测量不敏感的缺点。 中国专利200620044101. X公开了一种基于光纤和相移电子散斑技术测量物体三维变形系 统，电子散斑相移技术一直还没有应用于物体的三维面形测量。

实用新型内容本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种构造简单、精度和灵 敏度高的利用电子散斑相移技术测量物体三维面形的系统。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案一种利用电子散斑相移技术测量物体三维面形的系统，其包括激光器、相移器和 摄像头，各元器件位置关系如下激光器与半透反射镜I相对应，半透反射镜I分别与扩束 镜I和反射镜I相对应，反射镜I、反射镜II和反射镜III依次相对应，反射镜III与扩束 镜II相对应，扩束镜II与半透反射镜II相对应，半透反射镜II与摄像头相对应；扩束镜 I与设置于参考平板上的被测物体相对应，参考平板与一相移器连接，被测物体与透镜相对 应，透镜与半透反射镜II相对应。本实用新型利用电子散斑干涉测量物体面形，通过物体的微小偏转在物体表面产 生平行的干涉条纹。由于受到物面的高度的调制，平行的干涉条纹变得弯曲，采用相移技术 提取物面三维面形信息。该方法用散斑干涉产生干涉条纹，因此测量物面具有灵敏度高的 优点，由于采用相移技术提取相位信息，测量精度也高。
图1是电子散斑干涉测量物体面形的原理图；图2是测量物体面形的电子散斑干涉系统光路图；图3是偏转物面引入的干涉条纹图；图4是包裹相位图；图5是解包裹相位图；图6是相移法得到的被测物三维面形网格图；图7是物面等高线图；其中1.被测物体，2.参考平板，3.激光器，4.半透反射镜I，5.反射镜I，6.反射 镜II，7.反射镜III，8.扩束镜I，9.扩束镜II，10.相移器，11.透镜，12.半透反射镜II， 13.摄像头。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。如图1-7所示，一种利用电子散斑相移技术测量物体三维面形的方法，包括以下 步骤1)将被测物体1固定在一参考平面2上，参考平面2与一相移器10连接，参考平 面2大于被测物体1，使参考平面2能够在竖直平面内做小于5度角的微小转动；2)将被测物体1连同参考平面2 —起做小于5度角的微小偏转，利用光的干涉，在 被测物体1表面产生明暗相间的干涉条纹，即通过物体的微小偏转利用电子散斑干涉在物 体表面产生干涉条纹；该干涉条纹由于受到物体表面高度的调制变得弯曲，引起干涉条纹 相位的变化，物体的高度信息包含在弯曲的干涉条纹里；3)通过相移器10对被测物体1表面施加相移使物光的光程发生改变，进而引起 参考光和物光的相位差的改变，对步骤2)得到的弯曲的干涉条纹做等四步相移，这些明暗 相间的干涉条纹会根据所加相移的大小做相应的平移，利用相移技术提取出物面的相位信 息，得到包裹相位图，由于相位被包裹在(-η，JI)之间，用相位展开算法把相位连续化求 出被测物体的真实相位；根据相位和高度的映射关系得出物面的高度分布，从而得到物体 的面形。相移技术测量物体面形的基本原理是对干涉光路中两束相干光之间的相位差引 入等间隔的相位差变化，相位差发生变化时，干涉条纹也作相应的平移，使干涉场中任意点 的光强呈余弦变化移动。面形测量的关键技术之一是提取物体表面的相位。1.相移法相位测量原理如下散斑干涉形成的干涉条纹是物光和参考光相叠加而成的，物光和参考光的光振动 分别表示为
Eob= Ab(Pob)⑴
Eref = Aef c0K^ + (Pref)(2)其中，A。b和％6分别表示物光的振幅和相位，Aref和分别表示参考光的振幅和相
4位。参考光和物光叠加以后的光振动可以表示成E = E。b+Eref (3)=Acos (cot+Φ)其合振幅的平方为
权利要求一种利用电子散斑相移技术测量物体三维面形的系统，其特征在于其包括激光器、相移器和摄像头，各元器件位置关系如下激光器与半透反射镜I相对应，半透反射镜1分别与扩束镜I和反射镜I相对应，反射镜I、反射镜II和反射镜III依次相对应，反射镜III与扩束镜II相对应，扩束镜II与半透反射镜II相对应，半透反射镜II与摄像头相对应；扩束镜I与设置于参考平板上的被测物体相对应，参考平板与一相移器连接，被测物体与透镜相对应，透镜与半透反射镜II相对应。
专利摘要本实用新型涉及一种利用电子散斑相移技术测量物体三维面形的系统，其包括激光器、相移器和摄像头，各元器件位置关系如下激光器与半透反射镜I相对应，半透反射镜1分别与扩束镜I和反射镜I相对应，反射镜I、反射镜II和反射镜III依次相对应，反射镜III与扩束镜II相对应，扩束镜II与半透反射镜II相对应，半透反射镜II与摄像头相对应；扩束镜I与设置于参考平板上的被测物体相对应，参考平板与一相移器连接，被测物体与透镜相对应，透镜与半透反射镜II相对应。本实用新型利用电子散斑干涉测量物体面形，通过物体的微小偏转在物体表面产生平行的干涉条纹。由于受到物面的高度的调制，平行的干涉条纹变得弯曲，采用相移技术提取物面三维面形信息。
文档编号G01B11/25GK201724658SQ20102027878
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月2日 优先权日2010年8月2日
发明者孙平, 赵瑞东 申请人:山东师范大学