[实用新型]一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于三维形貌测量领域，涉及一种物体三维形貌测量装置，具体涉及基于数字全息扫描的三维形貌测量，利用三轴龙门式位移平台或者六轴机械臂实现扫描的装置。

背景技术

在航空航天、武器装备以及大型工业制造领域，随着增材制造以及激光制造水平的飞速发展，工件表面精细加工能力得到了显著提升，同时对工件加工水平的高精度检测需求迫切，需要采用测量设备对工件表面的三维形貌进行快速准确测量。三维形貌测量主要分为微观三维形貌测量和宏观三维形貌测量，两者的不同点在于微观物体的表面结构是由很多微观结构单元组成，其形貌特征比宏观物体复杂得多。微观物体形貌测量需要间接或者直接借助显微测量，典型的测量设备有ZYGO公司生产的NewView800系列3D表面轮廓仪、美国vecco公司的Dektak系列探针式轮廓仪和NT系列的光学轮廓仪以及瑞士Lyncee Tec SA公司的数字全息显微镜，以上测量方式可以得到微米级甚至纳米级横向及纵向分辨率，测量范围较小；宏观物体形貌测量主要采用机械探针或者光学探针的方式通过测量物体表面各点的空间坐标，该类型测量设备主要包括Frao公司、Lecia公司的六自由度机械臂、蔡司公司的龙门三坐标以及V-STARS的工业摄影测量系统，此类测量设备可以对几米甚至十几米的物体三维形貌进行测量，测量精度一般为几微米或几十微米。为了扩大测量范围的同时保证系统测量精度，部分产品将光学探针集成于高精度的三轴龙门式位移平台，通过移动探针对大型物体的三维轮廓进行逐点扫描测量，最终拟合出物体三维形貌，该方案需要采集大量的点云数据，且物体横向分辨率同时受到点云采集间隔以及位移平台位移精度的限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，该装置用数字全息测量模块替代三轴龙门式位移平台或者六自由度机械臂的测量探针，通过三轴位移平台或者机械臂带动数字全息测量模块对大型工件表面进行逐区域扫描测量，通过全息再现方法对各测量区域进行数字重建，采用图像拼接算法对子区域三维重建模型进行立体拼接，最终复原出高精度的工件表面三维形貌。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，包括一个移动测量装置和数字全息检测模块，所述数字全息检测模块装配在一个移动测量装置上，所述数字全息检测模块上设有测量待测工件平面到CCD/CMOS图像传感器窗口平面的距离的激光测距仪，通过激光测距仪的记录距离得到CCD/CMOS图像传感器上物光波和参考光波的干涉强度信息；实现数字全息检测模块在移动测量装置的带动下对待测工件表面区域进行测量。

进一步，所述数字全息检测模块包括一激光器，激光器出射激光束面上设有一块半透半反棱镜，在半透半反棱镜和激光器之间设置有空间滤波器；在所述半透半反棱镜半透射方向设置有一块波长选择分光棱镜，激光测距仪设在波长选择分光棱镜上方；在所述半透半反棱镜上方设有一CCD/CMOS光电耦合器，在所述半透半反棱镜下方设有一平面反射镜，波长选择分光棱镜的反射光路上设有待测工件。

进一步，所述移动测量装置为龙门三坐标或六自由度机械臂。

进一步，所述移动测量装置与计算机控制系统相连。

进一步，所述波长选择分光棱镜镀有一层选择性透反射膜。

进一步，所述空间滤波器包括显微物镜和设在显微物镜上的针孔，空间滤波器的出射光路上设有一个准直镜头。

本实用新型的有益效果是：

此扫描式三维形貌测量装置采用数字全息测量模块，逐区域扫描检测，利用激光测距仪可测量物平面到CCD/CMOS窗口平面的距离，得到CCD/CMOS图像传感器上物光波和参考光波的干涉强度信息；采用图像拼接算法对各子区域三维重建模型完成立体拼接，最终复原出工件表面的三维形貌。相比于上述逐点扫描测量效率较高，可快速完成大型工件的表面形貌测量，通过对子测量区域三维模型进行图像拼接处理，降低了仪器对三轴龙门式位移平台以及机械臂运动精度的要求。

附图说明

图1是装载全息模块的龙门三坐标测量仪装置图；

图2是装载全息模块的六自由度机械臂测量仪装置图；

图3是本实用新型用于三维形貌测量装置的数字全息模块示意图。

图1中：1是移动测量装置(龙门三坐标测量仪的三轴位移平台)，2是数字全息测量模块，3是待测工件。

图2中：1是移动测量装置(六自由度机械臂)，2是数字全息检测模块，3是待测工件。