[发明专利]一种放大型面阵扫频测量装置和方法

说明书

本发明提供了一种放大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、第一准直器、第一扩束器、第一分束器、镜头、反射元件、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；第一分束器用于将经准直和扩束后的光束分为第一光束和第二光束，第一光束照射待测被测物体后反射；反射元件用于将第二光束反射形成参考光；镜头用于使干涉图像成像在相机上；相机用于采集第一反射光和参考光干涉形成的干涉图像。本发明取代了传统的点探测采集方式获取表面形貌，避免了点探测时引入的机械扫描误差，提升了大视场下面阵扫频测量数据的准确度。

技术领域

本发明属于激光测距技术领域，更具体地，涉及一种放大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，大视场下的精确测距往往需要通过逐点扫描获得零件的形貌，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。

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。扩展测量的范围、提高测量的精度，才能实现高精度加工反馈。

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放大型面阵扫频测量装置和方法，利用相机实现面阵的高速测量。旨在解决现有的扫频干涉测距因为采用点探测采集方式存在机械扫描引入的误差，导致大视场下测距不准确的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种放大型面阵扫频测量装置，包括可调谐激光器、第一准直器、第一扩束器、第一分束器、镜头、反射元件、相机和采集控制单元；

在原始光束的透射方向上依次设置第一准直器、第一扩束器、第一分束器和反射元件；在原始光束经第一分束器反射的方向上依次设置有镜头、第一分束器和相机；可调谐激光器的输出端与相机的输入端相连；

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；第一准直器和第一扩束器分别用于对原始光束进行准直和扩束，第一分束器用于将经准直和扩束后的光束分为第一光束和第二光束，第一光束照射待测被测物体后反射，形成第一反射光；反射元件用于将第二光束反射形成参考光；相机用于采集第一反射光和参考光干涉形成的干涉图像；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，镜头用于使干涉图像成像在相机上。

优选地，镜头为远心镜头。

优选地，反射元件为分束平板或光学窗口。

优选地，反射元件为倾斜反射元件。

优选地，反射元件包括第二分束器、第一滤光片、第二滤光片、第一参考反射镜和第二参考反射镜；第一参考反射镜和第一滤光片构成第一参考臂，其放置方向为原始光束经第一分束器反射的方向；第二滤光片和第二参考反射镜构成第二参考臂，其放置方向为原始光束的透射方向；第一滤光片位于第一参考反射镜和第二分束器之间；第二滤光片位于第二参考反射镜和第二分束器之间；第二分束器具有固定且非均匀的分光比，用于将第二光束分为第一参考光束和第二参考光束；第一参考反射镜和第二参考反射镜分别用于将第一参考光束和第二参考光束反射，形成第二反射光和第三反射光；第一反射光、第二反射光和第三反射光两两干涉形成干涉图像。