[发明专利]数字全息干涉和变频率投影条纹复合测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光电测量技术领域，具体涉及一种连续变角度数字全息干涉（或变波长数字全息干涉）和多步变频率投影条纹测量复合的综合测量装置和方法。

背景技术

数字全息干涉测量是一项利用激光干涉方法进行计量的技术，具有非接触、全场测量、精度高、灵敏度高、测量迅速简便等优点，可以用于平面度、共面度、厚度等面型参数的测量，在精密机械、航空航天等领域具有广阔的应用前景。

在现有数字全息干涉测量中，数字全息信息解调方法分为两种，第一种是相移解调方法，利用相移器引入已知的相移，获得物体待测信息的包裹相位图，然后经过相移去包裹处理，获得物体的全场信息。但是，当物体的形状复杂时，相位去包裹将无法进行，所以这种方法只能适用于简单形状物体。如吕晓旭在《激光技术》发表的论文“全息相移技术用于物体的三维面形测量”采用的相位解调的方法。第二种方法是Joseph C.Marron在美国专利5,926,277，“Method and apparatus for three-dimensional imaging using laser illumination interferometry”和Mater Michael J在美国专利7,317,541“Interferometry method based on the wavelength drift of an illumination source”提出的多波长全息干涉测量方法。这种方法是利用可调谐激光器来产生多个波长的激光，将波长作为干涉信息解调的已知量，通过对多个波长照明下的干涉图进行处理，获得物体的面型信息。由于全息干涉方法测量范围小，无法满足具有大范围不连续物体的测量要求。

投影条纹式的光学三维形貌测量方法具有非接触、测量速度快、效率高和非破坏性等优点，但是因为其测量基准是投影在物体上的条纹的周期宽度，所以和光学干涉测量相比，其测量精度较低。现有的投影条纹光学三维形貌测量方法中根据对投影条纹的不同处理方法，可以分类为莫尔轮廓术、相位测量轮廓术（PMP）、傅里叶变换轮廓术（FTP）、希尔伯特变换轮廓术、小波变换轮廓术等方法。这些方法都是获得物体的包裹相位值，然后通过相位解包裹处理来获得和物体高度信息对应的连续相位值，都需要相位解包裹过程。

以最常用的相位测量轮廓术为例，相位测量轮廓术是依赖相移法来得到物体的包裹相位图，再利用解包裹算法得到连续的相位分布图。C.Allan Hobson，John T.Atkinson与Francis Lilley在期刊Optics and lasers in engineering发表的论文《The application of Digital Filtering to Phase Recovery when Surface Contouring using Fringe Projection Techniques》中说明，如果待测物体不连续或者得到的包裹相位图中噪声太多，是不可能得到正确的解包裹结果的。苏显渝发表在Optics and lasers in engineering的论文《Reliability-guided Phase unwrapping Algorithm：A review》中提到，阴影、条纹调制度太低、条纹断裂、欠采样等均会造成相位解包裹过程产生错误。大部分的解包裹算法都依赖于路径，例如在苏显渝论文《Reliability-guided Phase unwrapping Algorithm：A review》中提到的利用调制度函数生成的质量图进行解包裹的质量图导向法解包裹过程。所以，包裹图包含阴影、条纹断裂、以及物体不连续（存在突变）等情况下，无法得到良好的解包裹结果。而目前的投影条纹面型测量方法大都需要相位去包裹过程，从而造成这些方法难以应用于工程中最常见的、具有孤立非连续区域物体的测量。且其测量精度相对于全息干涉测量较低，但测量范围大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字全息干涉和变频率投影条纹复合测量系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种数字全息干涉和变频率投影条纹复合测量系统，该复合测量系统包括数字全息干涉测量装置以及条纹产生光学装置，所述数字全息干涉测量装置为连续变角度数字全息干涉测量装置或变波长数字全息干涉测量装置，条纹产生光学装置与数字全息干涉测量装置的计算机相连，利用条纹产生光学装置、数字全息干涉测量装置的CCD摄像机以及所述计算机组成多步变频率投影条纹测量装置。

所述条纹产生光学装置为投影仪。