[实用新型]一种非接触式锥光全息测量系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光电检测技术领域，具体涉及一种非接触式锥光全息测量系统。

背景技术

目前，随着工业测量领域的不断扩展以及对测量精度和测量速度的要求不断提高，传统的接触式测量已经无法满足工业界的需求。而非接触式测量由于其良好的精确性和实时性，成为测量领域的热点。在光学方面，非接触式测量方法主要有双目、多目视觉测量、三角法测量、激光扫描测量和数字全息测量等等。锥光全息法是数字全息测量方法中的一种，它是以晶体光学为基础的偏振光干涉测量方法，其原理是：当一束光聚焦到被测物表面一点时，该点向各个方向散射的光以锥光束的形态返回，返回光透过双折射晶体分裂成寻常光与非寻常光分量，这两个分量发生干涉形成全息图，根据全息图的干涉条纹获取被测点的位置信息。获取位置信息的方法有光强-高度法和相位-高度法两种，即通过全息图中包含的光强信息或相位信息来获得被测高度。这样，通过对不同点的测量从而完成对被测物表面形貌及距离的测量。

相比于一般全息法，锥光全息法对光源的相干性要求较低，具备较强的抗干扰能力和环境适应性。然而，目前国内外对锥光全息系统的测量方法几乎都是利用全息图的光强信息来获取被测量，如国际专利号US8129703，主要采用多幅图相移技术，通过调节晶体前后的偏振片的偏振轴与波片光轴的夹角实现相移，进而改变系统的光强传递函数，然后根据多幅相移全息图的光强信息来获得被测表面的高度信息；但是这种光强-高度法的缺点是对光源的波动较为敏感，且存在移相误差。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于相位-高度法的非接触式锥光全息测量系统，该系统记录的锥光全息图中不仅包含光强信息，而且也包含相位信息，随着被测高度的变化，测得图像上的条纹数量及条纹宽度也发生变化，即全息图上的条纹相位信息随着被测量的变化而变化，从而通过对不同点的测量完成对被测物表面形貌及距离的测量。

基于上述见解，本实用新型是这样实现的：

一种非接触式锥光全息测量系统，包括有发射激光束的激光系统、将经过扩束准直系统的激光光束汇聚到被测物一点的光反射系统、收集返回光的光接收系统和偏振分光棱镜，其特征在于，所述的光反射系统包含有沿激光束前进线路上排布的光阑、λ/4玻片和物镜；光接收系统在光的传播路线上有双折射晶体、偏振片和光学照相装置；所述的光阑和双折射晶体位于偏振分光棱镜的两侧。

所述测量系统还包括一个与光学照相装置相连的计算机。

上述的激光系统位于扩束准直系统的上方，包括激光光源和激光光源下方的λ/2玻片；所述的激光光源为带温控设备的激光光源。

上述的扩束准直系统由扩束器和准直透镜组成。

上述的光学照相装置是以电荷耦合器件作为光敏感器和光电转换器的高分辨率CCD。

与现有的光强-高度法技术相比，本实用新型装置不需要记录多幅相移全息图，系统中只需要采用单偏振片结构，简化了光学系统，更侧重于通过后期的相位信息提取来恢复高度信息；本实用新型设计合理，结构简单紧凑，实用于尺寸为10¹～10²mm的常见工业零部件表面高度信息的测量；能够综合利用数字图像处理技术和光学全息技术，进一步提高产品的测量精度。

附图说明

图1：本实用新型整体结构示意图，箭头为光路。

其中：1、计算机 2、激光光源 3、λ/2玻片 4、扩束准直系统 41、扩束器 42、准直透镜 5、偏振分光棱镜 6、光阑 7、λ/4玻片 8、物镜 9、被测物 10、双折射晶体 11、偏振片 12、光学照相装置。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型基于相位-高度法的高精度非接触式锥光全息测量系统做进一步详细的说明。

如图1所示，一种基于相位-高度法的高精度非接触式锥光全息测量系统，包括有发射激光束的激光系统、将经过扩束准直系统4的激光光束汇聚到被测物9一点的光反射系统、收集返回光的光接收系统和偏振分光棱镜5。所述的光反射系统包含有沿激光束前进线路上排布的光阑6、λ/4玻片7和物镜8；光接收系统在光的传播路线上有双折射晶体10、偏振片11和光学照相装置12。