一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置，还包括干涉条纹的生成以及条纹的投射与采集处理；其中干涉条纹的生成在信号部整体框架中，LD光源由光纤耦合器分成两路光纤传输，其中光纤一部分缠绕在压电陶瓷PZT上，光纤一与另一路光纤二集合到双芯光纤，双芯光纤干涉经由光纤发射端发射，经过反光镜投射到被测物表面；采集处理的测量部整体框架中反光镜的反射光线通过透镜、孔径光阑、准直透镜至CCD摄像机；测头支撑结构在反光镜下；光纤发射端下设有螺纹调整机构。计算机分析变形条纹获得被测物表面三维信息，适用于狭小空间内物体三维形貌测量，具有测量速度快及测量精度高的特点。
【专利说明】 一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型是一种小型化的基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置，适用于在狭小空间内对物体表面进行非接触式测量。
【背景技术】
[0002]非接触式三维光学表面轮廓测量技术，是利用不同方式产生的结构光投射到被测物表面，再通过不同光路以及图像传感器获取物体表面信息的光学测量技术。光学三维位轮廓测量技术由于具有非接触性、高精度和全场显示等优点，广泛应用在计算机视觉、机械零件的仿形加工、力学研究中的形状及离面位移测量、复杂物体的三维建模以及医学测量等领域。
[0003]但在特定狭小空间内的光学三维测量依然受到限制，目前应用的三维测量设备体积较大，并不适合用于狭窄空间内的测量(例如系统结构内部或人体口腔牙齿测量)。
[0004]在受限制狭小空间内进行三维轮廓测量，需要对测量系统小型化设计，能够较为便捷的在狭小空间内活动，同时能满足测量效率和测量精度三维要求。
【发明内容】
[0005]本实用新型为了能够在受限制狭小空间内进行非接触三维轮廓测量，特提供一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置。
[0006]为此本实用新型的技术方案为，一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置，还包括干涉条纹的生成以及条纹的投射与采集处理，其特征在于:其中干涉条纹的生成在信号部整体框架(19)中，LD光源(I)由光纤耦合器(2)分成两路光纤传输，其中光纤一(3 )部分缠绕在压电陶瓷PZT (5 )上，光纤一(3 )与另一路光纤二( 6 )集合到双芯光纤(7 )，双芯光纤(7)干涉条纹经由光纤发射端(9)发射，经过反光镜(10)投射到被测物(18)表面；采集处理中反光镜(10)的反射光线通过透镜(11)、孔径光阑(12)、准直透镜(13)至C⑶摄像机(14)并传输到计算机处理系统(15);测头支撑结构(17)在反光镜(10)下。
[0007]对上述方案的改进在于:光纤发射端(9)下设有螺纹调整机构(8)。
[0008]对上述方案的改进在于:光纤发射端(9)发射的干涉条纹频率和相位是同时调节或者分别调节的正弦周期变化条纹图。
[0009]对上述方案的改进在于:测量部整体框架(16)体积在宽30mmX高30mmX长180mm以内。
[0010]有益效果:
[0011]本实用新型在信号部整体框架中，LD光源由光纤耦合器产生两路光，分别通过两条光纤传输，其中光纤一可以由压电陶瓷PZT控制，使其局部发生伸缩变化，而后与另一路光光纤二相干涉，形成双芯光纤产生干涉条纹，并由光纤发射端投射条纹。
[0012]信号部整体框架中，光纤一可以由压电陶瓷PZT控制，使其局部发生伸缩变化，实现干涉条纹相移，改变光纤中光的相位。[0013]测量部整体框架中，条纹受到物体表面调制变形后由45°反光镜传到透镜，经过孔径光阑和准直透镜，最后CCD摄像机获得变形条纹，并传输到计算机准备处理。考量测量空间狭小，测量部整体体积控制到30mm(宽)x30mm (高)xl80mm (长)之内。
[0014]测量部整体框架中，螺纹调整机构可以调节光纤发射端位置，进而改变投射条纹的条纹频率；所述干涉条纹为频率和相位可以同时调节或者分别调节的正弦周期变化条纹图。
[0015]本系统由计算机进行控制实现条纹相位变化并对获取变形条纹进行信息处理计算三维测量信息并显示；计算机能够控制条纹等相位变化时采集变形条纹。
[0016]该三维测量系统最显著特征:能够在狭小空间内精确快速进行三维表面测量并快速显示测量结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1本实用新型测量系统测量过程示意图。
[0018]图2本实用新型三维测量系统结构及整体布局示意图。
[0019]图中I是LD光源,2是光纤I禹合器,3光纤一,4是驱动电源,5是压电陶瓷PZT,6是光纤二，7是双芯光纤，8是螺纹调整机构，9是光纤发射端，10是反光镜，11是透镜，12是孔径光阑，13是准直透镜，14是CXD摄像机，15是计算机处理系统。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型如图1、2所示。
[0021]下面结合附图1和实例对本实用新型作进一步说明，其中，此处描述的具体实例仅用于解释本实用新型，并不限定于本实用新型。
[0022]如图1所示，本实用新型是一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置，包括两大部分:信号部整体框架19和测量部整体框架16。
[0023]一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置，还包括干涉条纹的生成以及条纹的投射与采集处理；其中干涉条纹的生成在信号部整体框架19中，LD光源I由光纤耦合器2分成两路光纤传输，其中光纤一 3部分缠绕在压电陶瓷PZT 5上，光纤一 3与另一路光纤二 6集合到双芯光纤7，双芯光纤7干涉条纹经由光纤发射端9发射，经过反光镜10投射到被测物18表面；采集处理中反光镜10的反射光线通过透镜11、孔径光阑12、准直透镜13至CCD摄像机14并传输到计算机处理系统15 ;测头支撑结构17在反光镜10下。
[0024]光纤发射端9下设有螺纹调整机构8。
[0025]使用时信号部整体框架19中，LD光源I产生的650nm波长或者其他波长的激光经由光纤耦合器2分成两路，一路光通过光纤二 6传输；另一路光通过部分缠绕在压电陶瓷PZT5的光纤一 3传输；两路光结合一起通过双芯光纤7传输。
[0026]驱动电源4控制压电陶瓷PZT5驱动电压使压电陶瓷PZT 5产生伸缩，进而导致缠绕其上的光纤长度改变，导致双芯光纤发生相干干涉，产生干涉条纹。
[0027]测量部整体框架16中，调节螺纹机构8通过控制光纤发射端9的位置来获得合适的条纹频率，条纹经过反光镜10投射到被测物表面。
[0028]测量部整体框架16中，被表面调制变形条纹依次经过透镜11，孔径光阑12和准直透镜13，最后由CXD摄像机14捕获。
[0029]计算机处理系统15控制驱动电源4产生不同驱动电压驱动压电陶瓷PZT 5获得不同相位干涉条纹，并通过与CCD摄像机14连接，实时获得对应干涉条纹被测物调制变形的条纹。变形光栅图像的光强分布函数为:
[0030]I(x= V) = Ih(x:r)+Im(χ I')cos[i?(x v) + σ] (I)
[0031]其中，为摄像机拍摄条纹图上像素(x，y)的光强，为背景光强，为调制条纹振幅。为像素(χ, y)的相位。
[0032]通过计算处理变形条纹可以获得被测表面对象点的高度。
[0033]计算机15通过驱动电源4控制压电陶瓷PZT 5产生四副等相位差的干涉条纹，对应的变形条纹为，则
【权利要求】
1.一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置，包括干涉条纹的生成以及条纹的投射与采集测量，其特征在于:其中干涉条纹的生成在信号部整体框架(19)中，LD光源(I)由光纤耦合器(2)分成两路光纤传输，其中光纤一(3)部分缠绕在压电陶瓷PZT (5)上，光纤一(3 )与另一路光纤二( 6 )集合到双芯光纤(7 )，双芯光纤(7 )干涉条纹经由光纤发射端(9)发射，再经过反光镜(10)投射到被测物(18)表面；采集测量部整体框架(16)中反光镜(10)的反射光线通过透镜(11)、孔径光阑(12)、准直透镜(13)至CXD摄像机(14)并传输到计算机处理系统(15);测头支撑结构(17)在反光镜下。
2.根据权利要求1所述的一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置，其特征在于:光纤发射端(9)下设有螺纹调整机构(8)。
3.根据权利要求1所述的一种基于双芯光纤干涉条纹的生成和采集测量装置，其特征在于:测量部整体框架(16)体积在宽30mmX高30mmX长180mm以内。
【文档编号】G01B11/24GK203732041SQ201320702271
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】张伟 申请人:湖北汽车工业学院