[发明专利]一种基于数字条纹投影技术测量微小物体表面高度的测量系统及其方法

权利要求书

1.一种基于数字条纹投影技术测量微小物体表面高度的测量系统，其特征在于包括工作平台（1）、电视显微镜镜头（3）、透镜组（4）和微型投影仪（5），电视显微镜镜头（3）垂直于工作平台（1）朝下摆放，微型投影仪（5）的镜头向下与电视显微镜头（3）摆放在同一平面，透镜组（4）放置在微型投影仪（5）的镜头前，用来聚焦微型投影仪（5）投出的正弦条纹图像，待测物体（2）放置与工作平台（1）上。

2.根据权利要求1所述的基于数字条纹投影技术测量微小物体表面高度的测量系统，其特征在于透镜组（4）的透镜摆放从上到下的顺序依次为一个焦距为50.8mm的双凸透镜，一个焦距为100mm的双凸透镜，一个焦距为75mm的双胶合透镜，一个偏振片，一个焦距为100mm的双凸透镜，以微型投影仪（5）的镜头为上。

3.根据权利要求1所述的基于数字条纹投影技术测量微小物体表面高度的测量系统，其特征在于微型投影仪（5）的镜头向下与电视显微镜头（3）成10°-30°的角度。

4.一种基于数字条纹投影技术测量微小物体表面高度的测量方法，其特征在于步骤如下：

第一步，构建三维测量系统，三维测量系统包括工作平台（1）、电视显微镜镜头（3）、透镜组（4）和微型投影仪（5），电视显微镜镜头（3）垂直于工作平台（1）朝下摆放，微型投影仪（5）的镜头向下与电视显微镜头（3）成10°-30°的角度摆放在同一平面，透镜组（4）放置在微型投影仪（5）的镜头前，用来聚焦微型投影仪（5）投出的正弦条纹图像，待测物体（2）放置与工作平台（1）上；

第二步，对三维测量系统标定，其步骤是：

1）用微型投影仪（5）向工作平台（1）投1周期和2周期的正弦条纹，利用三步相移法解1周期条纹投影后工作平台的相位，然后利用解得的这个相位辅助解由三步相移法解得的2周期条纹投影后工作平台被包裹的相位，把此时解得的相位称为2周期工作平台去包裹后的相位；然后，将投影条纹改为4周期正弦条纹，用2周期工作平台去包裹后的相位辅助解4周期工作平台被包裹的相位，以此类推，最终解到128周期工作平台的去包裹后的相位，然后用微型投影仪（5）向工作平台（1）投出仅有三个灰度级的正弦条纹，用八步相移法来解此时工作平台被包裹的相位，并且用128周期工作平台的去包裹后相位来辅助解出工作平台最终去包裹后的相位，即参考相位；

2）求取标准工件的相位值，在工作平台（1）上放置一个已知高度的标准工件，用与标定相同的方法进行测量，测量后得到的相位减去参考相位，即标准工件的最终相位；

3）求取相位高度转换常数K，根据标准工件的最终相位与标准工件高度的关系，求出常数K，即标准工件高度指标准工件的最终相位，求出相位高度转换常数K；

第三步，在工作平台（1）上放置任意待测物体（2），用与标定相同的方法进行测量，用测量后得到的相位减去参考相位，即获得待测物体（2）表面的最终相位，将最终相位乘以常数K，即可获得待测物体表面的高度。

5.根据权利要求3所述的基于数字条纹投影技术测量微小物体表面高度的测量方法，其特征在于所述的仅有三个灰度级的正弦条纹为：每行第一个像素点灰度为255/2，第二个像素点灰度为255，第三个像素点灰度为255/2，第四个像素点灰度为0，然后以此为一个周期进行重复128次，完成每行像素的取值。