[发明专利]基于数字散斑干涉的曲面物体离面形变测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于数字散斑干涉的曲面物体离面形变测量方法，其特征在于，通过对曲面以40～50度入射角进行照明并采集光束偏转前、后以及相移前后的散斑图获取曲面的三维形貌，根据三维形貌计算得到曲面上任意点的法线矢量，然后通过对待测曲面进行加载，进一步得到待测曲面变形前后的不同散斑图，测得沿法线方向的离面形变；

所述的离面形变，通过以下方式得到：当待测曲面变形前物体上M点对应变形后在法线方向为M`点时，在法线方向物体形变和光程差的关系为：ΔL＝d(cosθ₁+cosθ₂)，且相位变化为：对相位变化Δφ进行和差化积得到物体变形其中：λ为激光波长，θ为已知，大小为入射光和出射光之间夹角的一半，θ₁为物体表面任意一点法线矢量与入射矢量之间的夹角，θ₂为物体表面任意一点法线矢量与反射矢量的夹角，θ₁+θ₂为入射矢量和反射矢量之间的夹角，ψ的大小受所求形变方向控制，目标形变方向为法线方向，法线矢量是与物体形貌相关的量，要想获得ψ的值，必须要获得物体的形貌信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的散斑图，通过激光光源发出的激光依次经过滤光片、半波片和扩束透镜组扩束后经过调节镜反射照射待测曲面，经待测曲面的散射光经过透镜成像，与经过同样激光光源和扩束透镜组发出的参考光干涉后通过成像机构采集得到。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的三维形貌，通过以下方式得到：当入射光偏转Δα角，对应光程差为ΔL＝(z_S-z)sinβΔα+(x_S-x)cosβΔα，其中：β为入射角，Δα为入射光偏转角度，通过对散斑图进行运算获得在x方向载波条纹产生的相位大小以及散斑图的相位其中：x和z为物体表面任意点的坐标，x_S和z_S为光源的坐标位置；通过计算,获得与物体高度相关的相位根据得到物体高度z，从而获得被测物体的三维形貌信息。

4.一种实现上述任一权利要求所述方法的装置，其特征在于，包括：光源模块、相移机构、采集机构和计算模块，其中：光源模块输出检测光和参考光分别至设置于相移机构上的待测曲面和采集机构中，采集机构根据待测曲面上的散射光和参考光分别采集形貌测量和离面形变所需要的散斑图并输出至计算模块，计算模块根据相移机构的位移数据和散斑图计算得到离面形变。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的光源模块包括：激光发生装置、滤光扩束装置、偏振分光装置和反光调节装置，其中：激光发生装置发出的激光经滤光扩束装置后，由偏振分光装置分为参考光和检测光并分别输出至采集机构和反光调节装置，反光调节装置将检测光以入射角照射到待测曲面上，待测曲面的散射光在空间形成散斑。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的相移机构，包括驱动电源模块和压电陶瓷相移器，驱动电源控制压电陶瓷相移器，将待测曲面精确实现相移。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的计算模块对散斑图进行数据计算，包括相位重建、滤波、相位解包裹、离面形变转换，最终获得待求的曲面物体的离面形变。