[发明专利]用于光纤干涉条纹投射三维形貌测量的条纹相位稳定方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维形貌测量领域，尤其涉及一种用于光纤干涉条纹投射三维形貌测量的条纹相位稳定方法。

背景技术

三维形貌测量技术是精密测量中的先进技术，在质量控制、CAD/CAM、逆向工程、机器视觉、医学诊断、服装设计以及自动导航等领域中占有重要的地位，是科学分析、工业控制、生物工程、生物医学以及材料科学等方面进行科学研究的重要手段。高精度的表面形貌干涉测量方法主要有光外差干涉法、相移干涉法、正弦相位调制干涉法等。光外差干涉系统结构较复杂，要求产生高精度频差；相移干涉法对移相精度要求高，容易受环境干扰；正弦相位调制干涉法具有相位调制简单、测量精度高、抗干扰能力强等优点，在表面形貌、位移、角度和振动测量中被广泛应用。

此外，传统条纹投射方式采用光栅投影并结合机械平移装置实现相移，该方法数据处理简单，但条纹密度与相移精度都相对较低；采用数字投影仪投射条纹，可由计算机生成数字条纹图，但条纹密度受投影仪分辨率限制，且电压和亮度的非线性关系引入系统误差。

发明内容

本发明提供了一种用于光纤干涉条纹投射三维形貌测量的条纹相位稳定方法，本发明基于正弦相位调制原理，采用光纤干涉条纹投射方法获取条纹图像，增加相位稳定系统来提取并补偿环境因素引起的条纹相位漂移，详见下文描述：

一种用于光纤干涉条纹投射三维形貌测量的条纹相位稳定方法，所述方法包括以下步骤：

(1)对测量臂压电陶瓷施加正弦调制信号M(t)，光电探测器接收迈克尔逊干涉信号S(t)，并按贝塞尔函数展开；

(2)在载波生成部分，平方运算器对正弦调制信号M(t)作平方运算，取交流分量作为二倍频载波G₂(t)，同时将正弦调制信号M(t)作为一倍频载波G₁(t)；

(3)在检波部分，迈克尔逊干涉信号S(t)经中心频率为ω的第一带通滤波器得一次谐波分量H₁(t)；经中心频率为2ω的第二带通滤波器得二次谐波分量H₂(t)：

(4)将载波G₁(t)、G₂(t)与谐波分量H₁(t)、H₂(t)在第一乘法器、第二乘法器中分别相乘，经第一低通滤波器和第二低通滤波器滤除载波，得到含有2α₀+2δ(t)的两路信号V₁(t)、V₂(t)；

(5)在相位解调部分，利用反正切运算器求解2α₀+2δ(t)，通过相位—电压转换器将相位2α₀+2δ(t)转换成补偿信号V_C(t)；

(6)补偿信号V_C(t)与正弦相位调制信号M(t)在加法器中实现相加运算，通过压电陶瓷驱动器共同作用于测量臂压电陶瓷上，改变光纤中的光程差，实现对干涉条纹相位的稳定控制。

所述补偿信号V_C(t)具体为：

V_C(t)＝-k_P-V？arctan[V₁(t)V₂(t)]