專利名稱：：平面傾斜角度的光柵衍射條紋測(cè)量法的制作方法平面傾斜角度的光柵衍射條紋測(cè)量法^t領(lǐng)域本發(fā)明屬預(yù)體幾何量測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種平面慨斜角度的領(lǐng)糧。背景駄三維^遣(包括平面傾斜角度的測(cè)量)是測(cè)量領(lǐng)敏隹度最高，同樣也是相當(dāng)重要的測(cè)量技術(shù)?，F(xiàn)有的方法幾乎禾,了所有可以禾鵬的各種測(cè)量方法和媒絲獲f報(bào)測(cè)物體的三維形態(tài)。常用的測(cè)量方法利用了微波技術(shù)、光電技術(shù)、機(jī),術(shù)和聲音技術(shù)，。不同的技術(shù)有'各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)，而光學(xué)三維形貌測(cè)量方制乍為一種非^W測(cè)量方法，與^機(jī)械測(cè)量方法比較而言，光學(xué)測(cè)量方法不僅具有機(jī)ttt^法測(cè)散程簡(jiǎn)單、糊度高[']辦點(diǎn)外，在不3S1^接角拭測(cè)量的情況下，同樣可以實(shí)現(xiàn)精確領(lǐng)糧的目的，且光學(xué)H^隹職測(cè)量方法還具有測(cè)4^g快，測(cè)穀備簡(jiǎn)單、鵬領(lǐng),泛、測(cè)難密禾號(hào)高、實(shí)時(shí)測(cè)量[2]靴點(diǎn)，是眾多物體微測(cè)量方法的首選。光柵i^4是將光柵條紋職至,體表面，物體表面的輪廓變化使條紋被調(diào)制，建立物體表面輪皿化和條，變的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)物體表面輪廓的測(cè)量[3][4]。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的，/體三維形貌的測(cè)量問題，，一種平面傾斜角度的光柵衍射條紋測(cè)量法。aiiM點(diǎn)測(cè)翻體表面的方向和獲得物體表面賴的三維特征信息。應(yīng)用該方法進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量的系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、領(lǐng)糧技術(shù)實(shí)用且性價(jià)比高。本發(fā)明,的平面傾斜角度的光柵衍射條紋測(cè)量法，其步驟如下第一、以激光器為光源，^^經(jīng)光柵,到波測(cè)物體表面，并在物體表面產(chǎn)生清晰的衍射條紋圖像；第二用CCD采^^測(cè)物體表面的衍射條紋圖像并將i[M^f到計(jì)算機(jī)內(nèi)，得到0級(jí)條紋與土1級(jí)條ltt間的間隔X'和X，以及，入射角a;第三、利用如下公式(2)得至iJ波測(cè)物體表面與垂直面之間的夾角即平面傾斜角度e，芏—1tan"""^-(2)。(—十l)tanoc以上所述的平面慨斜角度的光柵衍射條紋測(cè)量法所使用的測(cè)M^置，包括激光器L，與沿光軸方向上依次設(shè)置的偏振片P、光柵G和被測(cè)物體W，以及光軌方向以外，的CCD和計(jì)^+幾C。激光器生成激光光源，激^13i光柵^tf射條紋圖像，調(diào)徵源和光柵錢使f駐物體上產(chǎn)生清晰可用的衍射條紋圖像，調(diào)纖振片使衍射條紋圖像的光強(qiáng)在可測(cè)范圍內(nèi)。CCD采集到被頂鵬體表面的衍射條紋圖像后將M^tr到計(jì)tm內(nèi)，M:計(jì)嶽幾軟1頓ff^紋變化與被測(cè)物體表面的平面傾I4角度之間的定量的M。光柵衍射條鄉(xiāng)原理光柵衍射條紋法的原理是由激光器件產(chǎn)生激光束，激MMil光柵后產(chǎn)生條紋間隔均勻，亮度不同的衍射條紋(如圖2)。衍射條統(tǒng)照謝到物體表面時(shí)，隨M/^f&廓高低變化條紋也會(huì)被調(diào)制，使f綠紋間隔發(fā)4^化。那么如果條im^到^h平面上，當(dāng)平面與條駄向嚴(yán)格垂直的時(shí)候，條紋沒有被調(diào)制，劍門得到的是條紋間隔均勻，光強(qiáng)不同的條紋。而當(dāng)平面以其中心軸轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)，比如10度，條統(tǒng)將勝間距變化，且會(huì)隨著微的增加而變寬，由于平面慨謝吏得±l級(jí)條紋間隔比1S^了變化，根據(jù)條紋間隔比值可以計(jì)算出平面的,(傾斜)角度。在多縫衍射中，當(dāng)接，與平面有一定角度時(shí)，衍射條紋間隔皿如下公式-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(1)其中Ax為條紋間隔，0為^ilj屏與垂直面之間的夾角，k為條，別，A為激光波長(zhǎng)，d為縫寬，D為被測(cè)屏軸中心與縫的距離。平面旋轉(zhuǎn)角度e與條紋間隔之間的絲，由圖3光柵衍射條紋法M圖可以得到以下公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中0為被測(cè)屏與垂直面之間的夾角，x'和x為0級(jí)條紋與土1級(jí)條紋之間的間隔。a為入射角。從公式(l)可以看出，只要測(cè)出條紋間隔x'和x以&A射角a謝艮容易iffi^定公式(2)計(jì)算得到平畫麟角0。直接利用多光束衍射條^S行物體的形貌測(cè)量時(shí)，其缺點(diǎn)表現(xiàn)在測(cè)量設(shè)備調(diào)節(jié)，，受被測(cè)物體表面特性和外界環(huán)境影響較大，只適用于較小區(qū)g物體表面曲率變化不大的形貌測(cè)量場(chǎng)合。與之相比較，用計(jì)輒可以比較隨心所欲地各種不同頻率的^^色的單色的條紋。可以由液晶^^{^1"到光/體表面，具有穩(wěn)定的，和對(duì)比度，可以進(jìn)，fff確的相移。而且使用液晶,儀^W易穀U外界的干擾,可以用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。因jiW于;^景、精lt測(cè)量可以用計(jì)^^1^生條紋代飾射條紋。本發(fā)明方法涉及的光^*測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)便，便于操作，測(cè)si^快，非^測(cè)量，可以^擇好的處理軟件，高測(cè)量精度。光柵衍射條紋法測(cè)量平面的傾斜角度會(huì)嫩實(shí)現(xiàn)非接M^;平面慨斜角度測(cè)量，測(cè)M度高，旨嫩廣^tk^^x業(yè)器件表面測(cè)量。本發(fā)明光榭fl射條紋法同時(shí)翻于小場(chǎng)景和誠(chéng)景的三維^^測(cè)量，W^測(cè)量丁i器件方面測(cè)量精度高，撤強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。應(yīng)用該，腿行相應(yīng)測(cè)量的系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、測(cè)量技術(shù)實(shí)用且性價(jià)比高。圖1是光ttl^射條g!法測(cè)M^S原理圖；圖2是單縫衍射原理圖3是光柵衍射條紋法，圖。圖4縣用本發(fā)明施的測(cè)量結(jié)果曲線圖。具^Ji^式光柵衍射條鄉(xiāng)測(cè)^g如圖1所示，光柵衍射條統(tǒng)法的泖M^S包括激光器L、！^片P、光柵G、CCD、被測(cè)物體w、計(jì)靴c。本4頓氦氖激光器、，光柵、被測(cè)物體是一個(gè)平面白板按照以i^f給的實(shí)^g和試驗(yàn)原理測(cè)量平面板實(shí)際分別概5、10、15、20、25、30度角度時(shí)的測(cè)翻度。條紋間隔x'和x可以ffl3i測(cè)量獲，據(jù)，d可以由平面垂直i^Bt測(cè)得的條紋間隔fflil光路圖中的三角形幾何絲計(jì)算得到，本實(shí)驗(yàn)中tana取計(jì)算得到的近似働0.33。表1給出測(cè)識(shí)據(jù)，其中條紋間隔x'和x的單位為像素(lpixeKL4ym)保留兩位Wilfc字，6為平面的傾斜角單位為度。表1測(cè)*|^<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從以上繊分析，隨著被測(cè)平面,一定角度，條紋間隔a^變化，并且有規(guī)律可循，在知道a的隋況下，只要測(cè)得一組x'和x就可以很方便地得到平面的5辦角度，與我們鵬想[致，^!i糧多鄉(xiāng)II^求平均值可以將體縮小到10—2級(jí)別。那么如果我們想要知道某物體的傾斜度時(shí)，就可以艦i^T法湖糧出條紋間隔，再f頓戰(zhàn)公式計(jì)算出物體的傾斜度。當(dāng)然測(cè)量的1^還#^誤差，在測(cè)M^角度時(shí)^M較大，并且隨著平面慨斜角度的增加^^變大。從圖4可以看出測(cè)M^ms本自性分布，所以這種方ffii合測(cè)量平面小角度慨斜。誤M^^I避免的，但是可以ffliiii^用精良的光學(xué)儀器，^ffl高像素的ccD圖像采集器，盡量M^、外部光m實(shí)驗(yàn)的影響等方法，，當(dāng)然如果f頓計(jì)穀幾產(chǎn)生,條紋，會(huì)更加方便。參考文獻(xiàn)潘偉，趙毅，15榆.細(xì)3WS^的3翻tt^i光tfelg第30巻第2期2003年4凡PiotrGarbatMalgorzataKujawinskaCombiningfringeprojectionmethodof3Dobjectmonitoringwithvirtualrealityenvironment:conceptandinitialresults,IEEE2002.[3]王軍，明，魏仲慧，等^^3^&繊ffl^^迷艦電信息2005年2月。[4]楊ff^，^i和，李蹈羊，等。一^S^^三角法的WW^E第31巻第4期2Q05年7月，權(quán)利要求1、一種平面傾斜角度的光柵衍射條紋測(cè)量法，其特征是，該方法的步驟如下第一、以激光器為光源，使光線經(jīng)光柵投影到被測(cè)物體表面，并在物體表面產(chǎn)生清晰的衍射條紋圖像；第二、用CCD采集被測(cè)物體表面的衍射條紋圖像并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)，得到0級(jí)條紋與±1級(jí)條紋之間的間隔x′和x，以及光線入射角α；第三、利用如下公式(2)得到被測(cè)物體表面與垂直面之間的夾角即平面傾斜角度θ，2、一種權(quán)利要求i戶腿的平面慨斜角度的光柵衍射條幼則量法卵頓的測(cè)^a,，征在于該，包括激光器，與沿光軸方向上依次^a的偏振片、光柵和被測(cè)物體，以及光敏方向以外設(shè)置的CCD和itm。全文摘要一種平面傾斜角度的光柵衍射條紋測(cè)量法。測(cè)量裝置包括激光器、偏振片、光柵、CCD、被測(cè)物體、計(jì)算機(jī)。本發(fā)明使用激光器生成的干涉光源，該激光通過光柵后生成衍射條紋圖像，調(diào)整光源和光柵位置使得在物體上產(chǎn)生清晰可用的衍射條紋圖像。使用CCD采集物體表面上的衍射條紋圖像，并將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)，通過相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件獲得條紋模式變化與被測(cè)物體表面的平面傾斜角度θ之間的定量關(guān)系。本發(fā)明方法涉及的測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)便，便于操作，測(cè)量速度快，非接觸式測(cè)量，滿足一般幾何量測(cè)量的精度要求。本測(cè)量技術(shù)實(shí)用且性價(jià)比高，有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，能廣泛應(yīng)用在工業(yè)器件表面的測(cè)量。同時(shí)適用于小場(chǎng)景和大場(chǎng)景的三維形貌測(cè)量。文檔編號(hào)G01B11/24GK101298981SQ20081005313公開日2008年11月5日申請(qǐng)日期2008年5月15日優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日發(fā)明者杰孫,張智伶申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)