一種基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)，包括計算機處理系統(tǒng)，還包括干涉條紋的生成以及條紋的投射與采集處理；其中干涉條紋的生成在信號部整體框架中，LD光源由光纖耦合器分成兩路光纖傳輸，其中光纖一部分纏繞在壓電陶瓷PZT上，光纖一與另一路光纖二集合到雙芯光纖，雙芯光纖干涉經(jīng)由光纖發(fā)射端發(fā)射，經(jīng)過反光鏡投射到被測物表面；采集處理的測量部整體框架中反光鏡的反射光線通過透鏡、孔徑光闌、準直透鏡至CCD攝像機并傳輸?shù)接嬎銠C處理系統(tǒng)；測頭支撐結(jié)構(gòu)在反光鏡下；光纖發(fā)射端下設(shè)有螺紋調(diào)整機構(gòu)。計算機分析變形條紋獲得被測物表面三維信息，適用于狹小空間內(nèi)物體三維形貌測量，具有測量速度快及測量精度高的特點。
【專利說明】—種基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種小型化的基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)，適用于在狹 小空間內(nèi)對物體表面進行非接觸式測量。
【背景技術(shù)】
[0002]非接觸式三維光學表面輪廓測量技術(shù)，是利用不同方式產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光投射到被測 物表面，再通過不同光路以及圖像傳感器獲取物體表面信息的光學測量技術(shù)。光學三維位 輪廓測量技術(shù)由于具有非接觸性、高精度和全場顯示等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在計算機視覺、機械 零件的仿形加工、力學研究中的形狀及離面位移測量、復雜物體的三維建模以及醫(yī)學測量 等領(lǐng)域。
[0003]但在特定狹小空間內(nèi)的光學三維測量依然受到限制，目前應(yīng)用的三維測量設(shè)備體 積較大，并不適合用于狹窄空間內(nèi)的測量(例如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部或人體口腔牙齒測量)。
[0004]在受限制狹小空間內(nèi)進行三維輪廓測量，需要對測量系統(tǒng)小型化設(shè)計，能夠較為 便捷的在狹小空間內(nèi)活動，同時能滿足測量效率和測量精度三維要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了能夠在受限制狹小空間內(nèi)進行非接觸三維輪廓測量，特提供一種基于 雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)。
[0006]為此本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)，包 括計算機處理系統(tǒng)，其特征在于:還包括干涉條紋的生成以及條紋的投射與采集處理；其 中干涉條紋的生成在信號部整體框架(19)中，LD光源(I)由光纖耦合器(2)分成兩路光纖 傳輸，其中光纖一(3 )部分纏繞在壓電陶瓷PZT (5 )上，光纖一(3 )與另一路光纖二( 6 )集 合到雙芯光纖(7 )，雙芯光纖(7 )干涉條紋經(jīng)由光纖發(fā)射端(9 )發(fā)射，經(jīng)過反光鏡(10 )投射 到被測物(18)表面；采集處理中反光鏡(10)的反射光線通過透鏡(11)、孔徑光闌(12)、準 直透鏡(13)至CXD攝像機(14)并傳輸?shù)接嬎銠C處理系統(tǒng)(15);測頭支撐結(jié)構(gòu)(17)在反光 鏡下。
[0007]對上述方案的改進在于:光纖發(fā)射端(9)下設(shè)有螺紋調(diào)整機構(gòu)(8)。
[0008]對上述方案的改進在于:光纖發(fā)射端(9)發(fā)射的干涉條紋頻率和相位是同時調(diào)節(jié) 或者分別調(diào)節(jié)的正弦周期變化條紋圖。
[0009]對上述方案的改進在于:測量部整體框架(16)體積在寬30mmX高30mmX長180mm 以內(nèi)。
[0010]有益效果:
本發(fā)明在信號部整體框架中，LD光源由光纖耦合器產(chǎn)生兩路光，分別通過兩條光纖傳 輸，其中光纖一可以由壓電陶瓷PZT控制，使其局部發(fā)生伸縮變化，而后與另一路光光纖二 相干涉，形成雙芯光纖產(chǎn)生干涉條紋，并由光纖發(fā)射端投射條紋。
[0011]信號部整體框架中，光纖一可以由壓電陶瓷PZT控制，使其局部發(fā)生伸縮變化，實現(xiàn)干涉條紋相移，改變光纖中光的相位。
[0012]測量部整體框架中，條紋受到物體表面調(diào)制變形后由45°反光鏡傳到透鏡，經(jīng)過 孔徑光闌和準直透鏡，最后CCD攝像機獲得變形條紋，并傳輸?shù)接嬎銠C準備處理?？剂繙y量 空間狹小，測量部整體體積控制到30mm(寬)x30mm (高)xl80mm (長)之內(nèi)。
[0013]測量部整體框架中，螺紋調(diào)整機構(gòu)可以調(diào)節(jié)光纖發(fā)射端位置，進而改變投射條紋 的條紋頻率；所述干涉條紋為頻率和相位可以同時調(diào)節(jié)或者分別調(diào)節(jié)的正弦周期變化條紋 圖。
[0014]本系統(tǒng)由計算機進行控制實現(xiàn)條紋相位變化并對獲取變形條紋進行信息處理計 算三維測量信息并顯示；計算機能夠控制條紋等相位變化時采集變形條紋。
[0015]該三維測量系統(tǒng)最顯著特征:能夠在狹小空間內(nèi)精確快速進行三維表面測量并快 速顯示測量結(jié)果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1本發(fā)明測量系統(tǒng)測量過程示意圖。
[0017]圖2本發(fā)明三維測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及整體布局示意圖。
[0018]圖中I是LD光源,2是光纖I禹合器,3光纖一,4是驅(qū)動電源,5是壓電陶瓷PZT,6 是光纖二，7是雙芯光纖，8是螺紋調(diào)整機構(gòu)，9是光纖發(fā)射端，10是反光鏡，11是透鏡，12是 孔徑光闌，13是準直透鏡，14是CXD攝像機，15是計算機處理系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明如圖1、2所示。
[0020]下面結(jié)合附圖1和實例對本發(fā)明作進一步說明，其中，此處描述的具體實例僅用 于解釋本發(fā)明，并不限定于本發(fā)明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明是一種基于雙芯光纖干涉的微型三維測量系統(tǒng)，包括兩大部 分:信號部整體框架19和測量部整體框架16。
[0022]一種基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)，包括計算機處理系統(tǒng)，還包括 干涉條紋的生成以及條紋的投射與采集處理；其中干涉條紋的生成在信號部整體框架19 中，LD光源I由光纖耦合器2分成兩路光纖傳輸，其中光纖一 3部分纏繞在壓電陶瓷PZT 5上，光纖一 3與另一路光纖二 6集合到雙芯光纖7，雙芯光纖7干涉條紋經(jīng)由光纖發(fā)射端 9發(fā)射，經(jīng)過反光鏡10投射到被測物18表面；采集處理中反光鏡10的反射光線通過透鏡
11、孔徑光闌12、準直透鏡13至CXD攝像機14并傳輸?shù)接嬎銠C處理系統(tǒng)15 ;測頭支撐結(jié)構(gòu) 17在反光鏡10下。
[0023]光纖發(fā)射端9下設(shè)有螺紋調(diào)整機構(gòu)8。
[0024]使用時信號部整體框架19中，LD光源I產(chǎn)生的650nm波長或者其他波長的激光 經(jīng)由光纖耦合器2分成兩路，一路光通過光纖二 6傳輸；另一路光通過部分纏繞在壓電陶瓷 PZT5的光纖一 3傳輸；兩路光結(jié)合一起通過雙芯光纖7傳輸。
[0025]驅(qū)動電源4控制壓電陶瓷PZT5驅(qū)動電壓使壓電陶瓷PZT 5產(chǎn)生伸縮，進而導致纏 繞其上的光纖長度改變，導致雙芯光纖發(fā)生相干干涉，產(chǎn)生干涉條紋。
[0026]測量部整體框架16中，調(diào)節(jié)螺紋機構(gòu)8通過控制光纖發(fā)射端9的位置來獲得合適的條紋頻率，條紋經(jīng)過反光鏡10投射到被測物表面。
[0027]測量部整體框架16中，被表面調(diào)制變形條紋依次經(jīng)過透鏡11，孔徑光闌12和準直透鏡13，最后由CXD攝像機14捕獲。
[0028]計算機處理系統(tǒng)15控制驅(qū)動電源4產(chǎn)生不同驅(qū)動電壓驅(qū)動壓電陶瓷PZT 5獲得不同相位干涉條紋，并通過與CCD攝像機14連接，實時獲得對應(yīng)干涉條紋被測物調(diào)制變形的條紋。變形光柵圖像的光強分布函數(shù)為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)，包括計算機處理系統(tǒng)，其特征在 于:還包括干涉條紋的生成以及條紋的投射與采集處理；其中干涉條紋的生成在信號部整 體框架(19)中，LD光源(I)由光纖耦合器(2)分成兩路光纖傳輸，其中光纖一(3)部分纏 繞在壓電陶瓷PZT (5)上，光纖一(3)與另一路光纖二(6)集合到雙芯光纖(7)，雙芯光纖(7)干涉條紋經(jīng)由光纖發(fā)射端(9)發(fā)射，經(jīng)過反光鏡(10)投射到被測物(18)表面；采集處理 的測量部整體框架(16)中反光鏡(10)的反射光線通過透鏡(11)、孔徑光闌(12)、準直透鏡(13)至CXD攝像機(14)并傳輸?shù)接嬎銠C處理系統(tǒng)(15);測頭支撐結(jié)構(gòu)(17)在反光鏡(10) 下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)，其特征在 于:光纖發(fā)射端(9)下設(shè)有螺紋調(diào)整機構(gòu)(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)，其特 征在于:光纖發(fā)射端(9)發(fā)射的干涉條紋頻率和相位是同時調(diào)節(jié)或者分別調(diào)節(jié)的正弦周期 變化條紋圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙芯光纖干涉條紋的微型三維測量系統(tǒng)，其特征在 于:測量部整體框架(16)體積在寬30mmX高30mmX長180mm以內(nèi)。
【文檔編號】G01B11/25GK103575236SQ201310550606
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】張偉 申請人:湖北汽車工業(yè)學院