[发明专利]一种物体表面三维坐标测量系统以及测量方法

权利要求书

1.一种物体表面三维坐标测量系统，其特征在于，其包括一套激光测距装置，一套二维位移平台以及处理器，其中，

激光测距装置包括光源、光隔离器、F-P滤波器、光谱仪、第一耦合器、第二耦合器、第一参考臂、第二参考臂以及测量臂，所述光源为飞秒激光器或者SLD激光器，

第一参考臂包括第一后向反射器，第二参考臂包括第二后向反射器，第一后向反射器和第二后向反射器具有固定的距离差，以使第一参考臂和第二参考臂之间具有固定的光程差，

光隔离器设置在光源出射光方向上，第一耦合器一端连接光隔离器，另一端同时连接第二耦合器一端和测量臂一端，测量臂另一端用于将出射光入射至位于二维位移平台的待测样品表面上，同时，还用于接收从待测样品表面返回到测量臂的激光，工作时，返回到测量臂的激光经第一耦合器和F-P滤波器输送至光谱仪，

第二耦合器另一端同时连接第一参考臂和第二参考臂，工作时，从第一耦合器另一端出射的激光经第二耦合器后传输至第一参考臂和第二参考臂，经第一参考臂和第二参考臂反射回的激光经第二耦合器后再经过第一耦合器和F-P滤波器输送至光谱仪，

光谱仪连接处理器，处理器用于对测量臂、第一参考臂和第二参考臂返回的激光之间的干涉信号进行分析处理，以获得待测物体在Z轴方向的深度，同时还用于结合二维位移平台反应的待测物体在XY平面坐标生成待测物体三维坐标。

2.如权利要求1所述的一种物体表面三维坐标测量系统，其特征在于，所述飞秒激光器或者SLD激光器有且仅有一台。

3.如权利要求2所述的一种物体表面三维坐标测量系统，其特征在于，在多路的反射激光进入光谱仪之前，由F-P滤波器对光模式进行稀疏化处理，所述稀疏化处理的作用是使得光谱仪成像单元的每个像素接收到的光带宽变窄，从而将相干长度从数十毫米提升至数米，进而实现数米范围内的高精度宽光谱干涉测距。

4.如权利要求3所述的一种物体表面三维坐标测量系统，其特征在于，所述第一参考臂和所述第二参考臂之间具有固定的分光比，以能通过变换信号的强度来判断干涉峰是来源于第一参考臂或来源第二参考臂。

5.如权利要求4所述的一种物体表面三维坐标测量系统，其特征在于，所述第一参考臂和所述第二参考臂之间的分光比为75:25。

6.如权利要求5所述的一种物体表面三维坐标测量系统，其特征在于，第一参考臂和第二参考臂之间具有固定的光程差φ，由此，使得经第一参考臂和经第二参考臂的反射激光分别与经测量臂的反射激光在变换谱形成具有固定距离的第一干涉峰和第二干涉峰。

7.如权利要求6所述的一种物体表面三维坐标测量系统，其特征在于，被测物体相对第一参考臂的镜像距离l在第n个非模糊距离区间满足l∈[(n-1)l_NAR,nl_NAR]，其中，n为已知正整数，l_NAR为非模糊距离，根据以下公式计算l：

其中，

式中，c为光速，n_p是光传播介质的折射率，τ₁和τ₂分别是第一干涉峰和第二干涉峰在变换域上的坐标，m、Z均表示整数。

8.如权利要求7所述的一种物体表面三维坐标测量系统，其特征在于，二维位移平台的x轴和y轴均由直线电机和光栅尺构成，用于控制被测物体相对光纤准直器的精确位移，由处理器控制二维位移平台运动。