[发明专利]利用电子散斑干涉载频调制技术测量物体形貌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物体的形貌测量方法，属于物体形貌测量技术领域。

背景技术

物体的形貌测量在机器人视觉、模具成型、计算机辅助设计、产品质量检测、医学等领域都有广泛的用途，具有十分重要的价值。物体的形貌测量已有多种方法报道，主要有影栅云纹法、投影栅线法及数字栅线法。特别是基于傅里叶变换的投影栅线或数字栅线的形貌测量技术，对比度高，只需要采集一幅或者二幅图就可以得出物体形貌的相位图，易于动态处理，因此具有较大的实用价值。该方法的不足是形貌的测量精度依赖投影栅线的空间频率，对微形貌的测量灵敏度不高。

电子散斑干涉测量技术具有非接触，全场测量，精度高和隔震要求低的特点，已成为动态或静态物体变形测量的一种重要方法。目前，电子散斑干涉通常用来测量物体变形，测量变形时要采集二幅图像，期间要加载使物体变形。

电子散斑干涉载频调制技术需要采集一幅或二幅图就可以得出物体的变形场，易于动态处理。但是电子散斑干涉载频调制测量技术一直还没有应用于物体的形貌测量。

发明内容

本发明针对现有物体的形貌测量方法的不足，提供一种简单方便、精度和灵敏度高的利用电子散斑干涉载频调制技术测量物体形貌的方法。

本发明的测量物体形貌的方法是：

将被测物体固定在一参考平面上，参考平面大于被测物体，参考平面外围与被测物体之间留有空隙，将被测物体连同参考平面一起偏转小于5度的微小角度，利用光的干涉，在被测物体表面和被测物体与参考平面外围的空隙处产生干涉载波条纹，用摄像机采集这一干涉载波条纹，即获得一幅载波条纹图，利用这一幅载波条纹图中被测物体与参考平面外围的空隙处的干涉载波条纹计算载波空间频率的大小，通过傅里叶变换，解调出物体表面的形貌信息。

本发明的物体形貌的电子散斑载频调制原理如下：

如图1所示，电子散斑干涉系统置于xoz平面内，入射激光束1经分光棱镜甲2后，分成两束光。其中一束光经扩束镜甲3后直接照射到物体上形成物光，另一束光有一组反射镜8反射后经扩束镜乙4后直接照射到分光棱镜乙5上形成参考光，两束光经反射和透镜9透射后在摄像头6(CCD)靶面上叠加相干。被测物体7固定在一参考平面10上，放置在能够微小偏转的平台上，通过平台的旋转带动被测物体偏转。被测物体偏转后生成载波条纹，而在物面上则是包含物体高度信息的弯曲条纹。通过摄像头(CCD)6采集到的一幅载波条纹图，利用傅里叶变换法解调出物体高度的相位Δ_z。

如图2所示，P₁(x，y，z)为物体上一点，S(x_S，y_S，z_S)和O(x_O，y_O，z_O)分别为光源和观察点，θ为入射角。当平台转动角度Δα后，P₁(x，y，z)移动到P₂(x+Δx，y，z+Δz)。物体微小偏转引起的位置变化为：

Δx＝rΔαcosα＝zΔα    (1)

Δz＝-rΔαsinα＝-xΔα

其中，r为P₁(x，y，z)点的位置矢量。则由于转动引入的光程差为：

Δl＝(SP₂+P₂O)-(SP₁+P₁O)    (2)

其中：

SP1=(x-xS)2+(y-yS)2+(z-zS)2]]>