[发明专利]一种共光路干涉条纹投射装置

说明书

本发明公开了一种共光路干涉条纹投射装置，包括：光源、会聚透镜、孔径光阑、准直透镜、可调光阑、显微物镜、干涉条纹产生装置和工业相机。光源发出的光束，先后经过会聚透镜和孔径光阑作用，再经过准直透镜和可调光阑作用，入射到显微物镜内形成高质量的点光源；点光源发出的光入射到干涉条纹产生装置后产生干涉条纹投射到待测物体表面，经物体反射的变形条纹图被工业相机采集，最后通过相位测量轮廓术算法恢复出物体的三维形貌。本发明装置具有结构简单稳定、干涉条纹图像中心和边缘亮度分布均匀且条纹周期调节方便等特点，可应用于工业检测等领域。

技术领域

本发明属于三维形貌测量领域，具体涉及一种共光路干涉条纹投射装置。

背景技术

三维形貌测量技术在先进装备制造业等领域中有重要的应用，对物体表面的全场高精度非接触动、静态三维形貌测量技术是当前科学研究的热点和难点问题。三维形貌测量技术按照三维形貌信息的获取方式分为主动式和被动式。主动式光学三维形貌测量技术具有非接触性、高灵敏度、高测量精度、高自动化等优点而日益受到人们的重视，所以被广泛应用于工业检测、生物医学和机器视觉等领域。例如：复杂叶轮和叶片的面形检测，口腔牙型测量，医学辅助诊断和各种实物模型的三维信息记录与仿形等。其中，相位测量轮廓术是主动式三维形貌测量的研究热点之一。

基于条纹投射的相位测量轮廓术的一般步骤为：条纹投射装置对参考平面投射条纹图得到参考条纹图，当在参考平面上放置被检物体时得到变形条纹图，由两幅条纹图得到绝对相位差，经过三维重构算法进而得到被检物体表面的高度信息。现有的条纹投射技术，通常采用数字投影仪(DLP)投射条纹，数字条纹图可由计算机生成，该方法通过编程实现了非机械精确相移，并可实现自适应测量，但条纹周期受投影仪分辨率的限制，电压和亮度的非线性关系带来了系统误差。中国发明专利CN102679908A中提出一种双波长光纤干涉条纹投射技术，利用杨氏双孔干涉模型、光纤波分复用技术和马赫泽德非平衡干涉仪结构投射条纹，该方法测量精度较高、避免了电压和亮度的非线性关系产生的误差，但光纤极易受到温度波动及环境振动等因素的影响，从而导致光纤长度、折射率发生变化，使得投射干涉条纹出现相位漂移，而且由于采用非共光路干涉，对周围环境的振动影响敏感，导致投射干涉条纹不稳定。

发明内容

针对现有干涉条纹投射装置存在的问题，本发明提出了一种共光路干涉条纹投射装置。该装置具有物光和参考光共路干涉的特点，有效避免了振动和环境变化对干涉的影响，提高了投射干涉条纹的稳定性，且得到的条纹图像中心和边缘亮度分布均匀。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种共光路干涉条纹投射装置，其特征在于，所述投射装置包括：光源(1)、会聚透镜(2)、孔径光阑(3)、准直透镜(4)、可调光阑(5)、显微物镜(6)、干涉条纹产生装置(7)和工业相机(10)；光源(1)发出的光束，先后经过会聚透镜(2)和孔径光阑(3)作用，再经过准直透镜(4)和可调光阑(5)作用后入射到显微物镜(6)内并出射形成高质量的点光源；高质量的点光源发出的光入射到干涉条纹产生装置(7)后产生干涉条纹投射到待测物体表面，经待测物体反射的变形条纹图被工业相机(10)采集，最后通过相位测量轮廓术算法恢复出待测物体的三维形貌；

光源(1)可以是激光，也可以是单色LED光源；干涉条纹产生装置(7)包括立方分束棱镜(11)和转台(12)，立方分束棱镜(11)安装在转台(12)上；所述高质量的点光源发出的发散光在进入所述立方分束棱镜(11)时被分开成两束光，两束光在立方分束棱镜(11)内部传播并发生干涉，生成干涉条纹，转台(12)可以带动立方分束棱镜(11)水平转动，从而产生不同周期的干涉条纹，干涉条纹的周期由以下公式决定：

其中，θ为进入立方分束棱镜的光线与立方分束棱镜半反射层的夹角，Δ为干涉条纹的周期，λ为所用光源的波长。