[发明专利]一种异形曲面结构内部形貌的高精度测量系统和测量方法

说明书

本发明公开了一种异形曲面结构内部形貌的高精度测量系统和测量方法，所述测量系统包括生成超短飞秒脉冲并输出泵浦光和探测光的飞秒激光系统、经所述泵浦光激发生成太赫兹波并发射至被测物体的太赫兹波发射器、用于采样所述被测物体的外表面和内表面反射的太赫兹波脉冲太赫兹波探测器、时间延迟控制器、根据所述外表面和内表面反射的太赫兹波脉冲计算时间间隔的平衡探测器、根据所述时间间隔计算所述测试点的结构厚度的处理器，以及固定并带动所述被测物体沿水平方向移动的二维扫描平台，通过测量被测物体各个测试点的机构厚度，从而实现异形曲面结构内部形貌的非接触式测量，解决异形内形面和厚度分布测量的难题，具有广泛的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及太赫兹波技术领域，特别是涉及一种异形曲面结构内部形貌的高精度测量系统和测量方法。

背景技术

异形空间自由曲面结构，非传统的圆锥体、圆柱体等轴对称结构。在航天、航空等领域的各种设备和关键零部件上得到了应用，这些结构的内外形面和厚度是设计的关键参数。

目前对异形形面测量主要采用三坐标测量机进行测量。但对于孔径较小、较深或复杂形面存在遮挡的被测物体，三坐标测量机均无法进行测量，因此如何解决对异形空间自由曲面结构的测量成为噬待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种异形曲面结构内部形貌的高精度测量系统，包括飞秒激光系统、太赫兹波发射器、太赫兹波探测器、时间延迟控制器、二维扫描平台、平衡探测器和处理器，其中

所述飞秒激光系统，用于生成超短飞秒脉冲并输出泵浦光和探测光；

所述太赫兹波发射器，被经所述时间延迟控制器延迟后的泵浦光激发生成太赫兹波，并发射至被测物体的一个测试点；

所述太赫兹波探测器，采样从所述测试点的外表面和内表面反射的太赫兹波脉冲，并调制所述探测光；

所述平衡探测器，接收所述调制后的探测光，获取所述太赫兹脉冲的适于波形，并计算所述外表面和内表面反射的太赫兹波脉冲的时间间隔；

所述处理器，用于根据所述时间间隔计算所述测试点的结构厚度；

所述二维扫描平台，用于固定并带动所述被测物体沿水平方向移动，以测量所述被测物体预设置的多个测试点。

进一步的，所述测量系统为反射式测量系统，所述太赫兹波发射器和太赫兹波探测器位于所述被测物体的同一侧。

进一步的，所述时间延迟控制器为基于回转螺旋面反射镜的光学延迟线。

进一步的，所述太赫兹波发射器包括光电导天线和第一抛物柱面反射镜，所述光电导天线经泵浦光激发后通过所述第一抛物柱面反射镜聚焦到所述被测物体的测试点。

进一步的，所述太赫兹波探测器包括第二抛物柱面反射镜、探测晶体、1/4波片和沃拉斯顿棱镜，所述第二抛物柱面反射镜采样从所述测试点的外表面和内表面反射的太赫兹波脉冲，与所述探测光聚焦于所述探测晶体，所述探测晶体根据所述太赫兹波脉冲产生非线性效应并调制所述探测光，经所述1/4波片和沃拉斯顿棱镜输出两束偏振状态垂直的光。

进一步的，所述测量系统还包括三维图像重构模块，用于根据所述多个测试点建立三维数据库并获得三维坐标的测量数据。

本发明第二方面提供一种第一方面所述测量系统的测量方法，包括：

S101：生成超短飞秒脉冲并输出泵浦光和探测光；

S102：所述泵浦光经所述时间延迟控制器延迟后激发太赫兹波发射器生成太赫兹波，并发射至被测物体的一个测试点；

S103：采样从所述测试点的外表面和内表面反射的太赫兹波脉冲，并调制所述探测光；