[发明专利]一种变入射光角度实现相移的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电检测领域，具体涉及光学干涉、三维形貌测试、数字图像处理、机电控制等技术。

背景技术

阴影云纹法自1970年由Takasaki首次提出以来，已经有了广泛的应用，特别是在电子封装可靠性评价方面，该方法一般用来测试印刷电路板(PCB)在热环境条件下的翘曲变形。但该方法的分辨率受限于振幅型光栅的栅距，实用上一般不超过50微米，而且从云纹图中提取物体的形貌信息较为繁杂，翘曲方向的判断也较为困难。最近20年来光测领域出现的位相检测法为上述问题的解决提供了较好的手段，该方法不但可以大幅度提高阴影云纹法的测试分辨率，还可以提高物体形貌信息提取的自动化程度，降低图像处理的难度。

位相检测方法的一般原理如下：

初时云纹图的光场分布可以表示为：I₀＝a(x，y)+b(x，y)sinΔ(x，y)，

其中，Δ(x，y)被称为初始云纹图I₀的位相，它包含着物体的高度分布(三维形貌)信息，a(x，y)为背景光强，b(x，y)为各点处的光强变化幅度，x、y分别为云纹图像上的像素位置。位相检测法出现以前，云纹条纹图的处理重点在于条纹中心线的提取和利用，对云纹图位相的识别只限于2π整数倍。而位相检测法的核心在于在将的分布完全确定，从而提高了测试分辨率和自动化处理程度。为此，需要将初始云纹图各点的位相改变相同的量即进行相移，相移n次，其中n≥2，每次相移2π/(n+1)，这样就得到了n+1幅云纹图，以n＝3为例，可得式(1)

(1)

通过上述四个方程，可以解出初始云纹图的位相分布：

传统上，在阴影云纹法中实现相移的方法有两个：一是将光栅沿垂直于栅线的方向平移，如图2中，左右移动光栅，每平移一个栅距，相移2π；另一是将光栅相对上下移动，即沿着试件高度方向上下改变光栅与待测物的距离，如图2所示，在平行光入射角α为45°情况下，光栅与待测物之间每上下移动一个栅距p，也可以实现相移2π。这两种方法在常温测试条件下，依靠精密机电设备完全可以实现，但对处于高温环境下的待测物体，如印刷电路板来说，这两种相移方法就不太可行。主要是因为阴影云纹法要求光栅不能距待测物体太远，相应的控制光栅运动的机电元件难免受到高温的影响，甚至损坏，控制精度也难以保证。这种情况下需要新的相移方法。

公开号为1206845的中国专利申请，于1999年2月3日公开了一种变光源阴影莫尔测量方法及其装置，在该文献中提出了采用多个点光源、从多个方向照射光栅的相移方法，该方法虽然可以解决上述高温测试遇到的问题，但主要存在以下几个缺点：

(1)点光源产生的非平行入射光使得物体上各点的形貌信息与光线在该点的入射角有关，信息提取较为困难；

(2)各点光源的强度可能不统一，容易造成较大的位相计算误差。

(3)装置稍显复杂，实现自动控制或操作较为困难。

发明内容

本发明提出了一种变入射光角度实现相移的方法及其装置。它能有效克服上述在阴影云纹法中实现相移方法的缺点，尤其适合于高温环境下物体的三维形貌测试，而且信息处理简单，硬件控制容易。

本发明的一种变入射光角度实现相移的方法，包括以下步骤：

步骤一、标定，获得栅线在载物平台上的阴影每移动单位距离所需的入射光角度改变量θ；

步骤二、选栅与置栅，根据待测物的最大高度，选择测试光栅的栅距及其置放高度；

选择测试光栅的栅距p，取p＝Z_max/5～Z_max/3，其中，Z_max代表试件的最大高度；

将测试光栅置于距载物平台Z₀≥8Z_max处，其中，Z₀代表光栅于载物平台之间的距离；

步骤三、采集初始图，将α＝45°时的初始云纹图I₀用像机记录，并数字化存储；

步骤四、实施相移，改变平行光线入射角n次，得到n幅经过相移的云纹图I₁～I_n，其中，n≥2，用像机记录云纹图I₁～I_n，并数字化存储；其中，每次将平行入射光的角度改变dα＝pθ/(n+1)，其中，dα代表平行入射光角度每次的改变量，p为测试光栅的栅距，θ为步骤一中标定所得值。