[发明专利]一种抗振型面阵扫频测量装置和方法

说明书

本发明提供了一种抗振型面阵扫频测量装置和方法，属于激光测距技术领域，装置包括可调谐激光器、准直器、扩束器、分束器、反射元件、镜头、相机和采集控制单元；可调谐激光器用于通过发送触发信号控制相机采集干涉图像，并提供原始光束；分束器用于将原始光束反射至反射元件；反射元件用于按一定比例反射原始光束，形成参考光，且用于透射最后剩余原始光束至被测物体；被测物体用于反射最后剩余原始光束，形成信号光；镜头用于使干涉图像成像于相机上；采集控制单元用于根据干涉图像，分析被测物体的表面形貌；信号光与参考光干涉形成干涉图像。本发明提升了面阵扫频测量装置的抗振效果，进而实现测量准确度的提升。

技术领域

本发明属于激光测距技术领域，更具体地，涉及一种抗振型面阵扫频测量装置及方法。

背景技术

现代工业生产中，零件加工的精密程度越来越成为高性能设备的关键，准确且稳定的生产出所需要的特定尺寸和形貌的零件非常重要。因此，对所生产的零件进行精确的检测是保证高质量生产的重要环节。现有的技术中，往往需要通过逐点扫描获得零件的形貌，虽然扩展了测量的范围，但其测量过程依赖于机械运动，必然会引入机械扫描误差，也会使得设备面临运动部件老化、不稳定等问题。而且测量速度还会受限于扫描的速度，难以在高灵敏度的同时获得高测量速度。这是点扫描的特性决定的。因此，有需要开发一种无需对样品进行扫描的大幅面、高精度、快速的测量物体厚度和距离的方法。

扫频干涉测距作为新一代非接触式精密测距方法，具有多种优点，比如灵敏度高，成像速度快。但是其一般采用传统的平衡探测器以及高速数据采集卡进行干涉数据的采集，其点探测的采集方式具有一定的局限性。另外，在传统激光干涉测距的原理中，有着两大主要问题限制着其实际应用。一是在信号的变换谱上，有一个固定存在的干扰峰，当信号峰与干扰峰发生混叠时，测量难以实现，即对应某段距离范围是“不可测”的，这个不可测量的区域也被称为死区。另一个问题是由于傅里叶变换的限制，测量距离存在一个非模糊距离。随着被测距离不断变长，测量结果将在非模糊距离范围内反复震荡，因此对于一个上升中的测量结果，实验并不能确定被测点的轴向移动方向，这就是非模糊距离带来的方向模糊性。同时，在实际进行测距/厚的应用中，由于难以避免的微弱震动以及温度起伏等等外界因素，使得在利用迈克尔逊干涉法的双光路测量中，两只光路受到的外界影响因素不同，会影响测量精度，导致测量结果会受到影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种抗振型面阵扫频测量装置和方法，旨在解决现有的扫频干涉测距难以避免振动和温度起伏，导致测量精度不高问题。

为实现上述目的，方案一，本发明提供了一种一般视场下的抗振型面阵扫频测量装置，包括可调谐激光器、准直器、扩束器、分束器、反射元件、镜头、相机和采集控制单元；

在原始光束的透射方向上依次设置有准直器、扩束器和分束器；在原始光束经分束器反射的方向上依次设置有反射元件、分束器、镜头和相机；可调谐激光器的输出端与相机的输入端相连；反射元件与分束器通过刚性结构连接；

可调谐激光器用于通过发送触发信号控制相机采集干涉图像，并提供原始光束；分束器用于将原始光束反射至反射元件；反射元件用于按一定比例反射原始光束，形成参考光，且用于透射最后剩余原始光束至被测物体；被测物体用于反射最后剩余原始光束，形成信号光；镜头用于使干涉图像成像于相机上；采集控制单元用于根据干涉图像，分析被测物体的表面形貌；信号光与参考光干涉形成干涉图像。

优选地，反射元件为薄膜反射镜，用于按一定比例反射原始光束，形成参考光；

或所述反射元件为光学窗口，所述光学窗口的上表面用于按第一比例反射原始光束，形成第一参考光；所述光学窗口的下表面用于将次剩余原始光束按第二比例反射，形成第二参考光。

优选地，反射元件为倾斜反射元件。

方案二，本发明提供了一种小视场下的抗振型面阵扫频测量装置，包括可调谐激光器、准直器、扩束器、分束器、显微镜、套筒透镜、反射元件、相机和采集控制单元；