专利名称：一种便携式光栅干涉仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于图像信息处理技术领域，尤其涉及一种便携式光栅干涉仪。
技术背景在申请号为“201010537914. 4”，名称为“一种便携式图像全息三维重建系统”的中国发明专利申请文件中，公开了一种便携式图像全息三维重建系统，包括一控制软件控制的三维测量装置，所述三维测量装置包括一光栅相干仪和一信息采集器，所述光栅相干仪由光源总线、光栅总成、第一伺服传动总成和第一电动云台组成，所述信息采集器由成像系统、第二伺服传动总成和第二电动云台组成，所述三维重建系统还包括一计算软件，该计算软件包括图像处理模块、矢量处理模块、三维处理模块和三维重建模块，其中图像处理模块具有边缘检测、拐点检测、图像基本处理和图像矢量化功能，矢量处理模块具有矢量处理、一次定标和二次定标功能，三维处理模块具有三维基本编辑、曲线处理、点云转曲面、曲面处理、创建三维实体和三维统计功能，所述三维重建模块具有H面投影、像平面投影、体视匹配、模型贴面和模型重建功能。在该申请，公开了完整的系统解决技术方案，但是由于硬件实现的方案相对比较繁杂，设备体积和成本较高，造成该三维重建系统，尤其是被动式的系统在成本上和可操作性不佳，不利于技术的推广使用。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种便携式光栅干涉仪，针对申请号为“201010537914. 4”，名称为“一种便携式图像全息三维重建系统”的中国发明专利申请文件中公开的一种便携式图像全息三维重建系统的硬件组成提供一种改进的技术方案。本实用新型的技术方案是，一种便携式光栅干涉仪，光栅干涉源控制电路包括第一单片机，经光电隔离连到第一步进电机驱动模块驱动第一步进电机完成对光栅干涉源的后聚焦控制，经光电隔离连到第三步进电机驱动模块驱动第三步进电机完成对光栅干涉源的光栅片的旋转控制，经光电隔离连到第四步进电机驱动模块驱动第四步进电机完成对光栅干涉源的光刀的开关控制，所述的光刀在所述的便携式三维重建数据获取系统用于在光栅干涉源中起到对光线的遮蔽作用，第一磁栅尺、第一光电传感器、第一限位开关和第一接近开关经光电隔离连到第一单片机，第一磁栅尺用于测量光栅干涉源的后聚焦位移量，第一光电传感器、第一限位开关和第一接近开关用于对第一步进电机的走动行程起定位作用，第三接近开关用于对第三步进电机的走动行程起定位作用，第四接近开关用于对第四步进电机的走动行程起定位作用，第一位移传感器、第二位移传感器、第一角度传感器和第二角度传感器经模数转换模块连到第一单片机，第一位移传感器用于测量光栅干涉源的前聚焦位移量，第二位移传感器用于测量图像获取仪的机械臂伸长位移量，第一角度传感器用于测量图像获取仪的机械臂的下旋角度，第二角度传感器用于测量图像获取仪的机械臂的上旋角度，所述便携式三维重建数据获取系统通过第一角度传感器和第二角度传感器以及第二位移传感器确定图像获取仪的空间位置，[0007]第一单片机连接控制灯光控制模块和造型灯控制模块，第一单片机与通讯模块相连。第一步进电机、第三步进电机和第四步进电机选用42电机，步距角为I. 8度，运行在细分1/8状态，以减少震动。所述的模数转换模块采用至少12位精度的抗干扰电路，使得前聚焦和后聚焦的总和误差在0. Imm以内。还包括一个上位机操作界面，用以输入相应的参数。第一步进电机驱动模块、第三步进电机驱动模块和第四步进电机驱动模块的集成步进电机驱动芯片具有整步、半步、四分之一细分、八分之一细分可选，满足不同情况下对速度、精度的要求，且具有正反转可控。本实用新型提供的干涉源配合运动控制及其相应的电路系统，减少系统各部分线缆连接，优化硬件控制部分体积，使整个硬件控制系统的高精度，稳定，高效下运行。本实用新型针对三维重建的硬件系统提供了一种便携化技术组成规范，对于光栅干涉仪，降低了现有硬件设备的技术研发和使用成本。
图I是本实用新型系统中光栅干涉源控制电路框图具体实施方式
如图I所示，光栅干涉源控制电路包括第一单片机，经光电隔离连到第一步进电机驱动模块驱动第一步进电机完成对光栅干涉源的后聚焦控制，经光电隔离连到第三步进电机驱动模块驱动第三步进电机完成对光栅干涉源的光栅片的旋转控制，经光电隔离连到第四步进电机驱动模块驱动第四步进电机完成对光栅干涉源的光刀的开关控制，所述的光刀在所述的便携式三维重建数据获取系统用于在光栅干涉源中起到对光线的遮蔽作用，第一磁栅尺、第一光电传感器、第一限位开关和第一接近开关经光电隔离连到第一单片机，第一磁栅尺用于测量光栅干涉源的后聚焦位移量，第一光电传感器、第一限位开关和第一接近开关用于对第一步进电机的走动行程起定位作用，第三接近开关用于对第三步进电机的走动行程起定位作用，第四接近开关用于对第四步进电机的走动行程起定位作用，第一位移传感器、第二位移传感器、第一角度传感器和第二角度传感器经模数转换模块连到第一单片机，第一位移传感器用于测量光栅干涉源的前聚焦位移量，第二位移传感器用于测量图像获取仪的机械臂伸长位移量，第一角度传感器用于测量图像获取仪的机械臂的下旋角度，第二角度传感器用于测量图像获取仪的机械臂的上旋角度，所述便携式三维重建数据获取系统通过第一角度传感器和第二角度传感器以及第二位移传感器确定图像获取仪的空间位置，第一单片机连接控制灯光控制模块和造型灯控制模块，第一单片机与通讯模块相连。[0018]单片机控制系统在日常生活中非常常见，不过系统都是根据特定对象或者对象群体开发的，具有指向性。而市面上的电路模块虽可拼接实现电路控制功能，但拼接后的总体硬件系统庞大繁琐，比如步进电机驱动器，电快门控制器等等，不利于生产和机械装配，与产品的便携式特征也不吻合。实施中，整个硬件电路主要包括由电源控制箱，干涉源控制板，图像获取仪控制板，步进电机，传感器组成。另外配合传输线缆，接口插件等相关配件连接在一起。电源控制箱主要由开关电源，固态继电器及金卤灯配件(镇流器，触发器)组成。主要功能是提供电路板所需的12V直流电源，干涉源220V电源及金卤灯的启动瞬间高电压。干涉源控制板，作为硬件控制系统的主要组成部分，工作好坏直接影响到控制系统的稳定性。干涉源控制板主要由5V电源，单片机芯片，光电隔离，AD转换及步进电机驱动芯片组成。步进电机作为整个硬件系统的动力来源，对其工作性能要求很高。步进电机的主要参数分为两部分，一部分是外形尺寸；另外一部分是性能参数，包括相数，步距角，运行距频特性等。配合机械体积要求选用42电机，步距角为I. 8度，运行在细分1/8状态，减少震动。传感器提供机械部分在运动过程中的一些参数，或者位置关系。其中包括光电传感器，接近开关，限位开关，位移传感器，磁栅尺，角度传感器。光电传感器，接近开关和限位开关都是给步进电机走动行程起定位作用的，因其各位置不同而选用不用类型。位移传感器用于测量干涉源前聚焦位移量和机械臂伸长位移量，磁栅尺用于测量干涉源和图像获取仪的后聚焦位移量，因前聚焦和后聚焦对位移量的精度要求较高，选用了高精度的位移传感器和磁栅尺，配合12位的AD转换抗干扰电路，使得前聚焦和后聚焦的总和误差在0. Imm以内。角度传感器用于测量机械臂的下旋角度和上旋角度，通过机械臂的上旋角度，伸长位移量和下旋角度以确定图像获取仪的空间位置。另外取消了电快门的外围驱动模块，将其整合到图像获取仪里的控制板上，直接由单片机控制，减少了原先用电脑通讯兼并供电的USB线缆，使电快门的控制简单而直接，也降低了电脑主板供电的压力。软件部分分为两部分，一部分是单片机控制程序，由C语言编写；另外一部分是上位机操作界面，由VB语言编写，通过VB操作界面控制相应的操作，同时满足不同情况下的拍摄流程。相应的参数干涉源的物距，图像的物距，机械臂的上旋转角度，下旋转角度机械臂的长度.这些参数都是导入到三维重建算法内计算的必需参数。主要实现的功能灯光和造型灯的打开与关闭，光刀的打开与关闭，光栅的旋转与初始点定位(零位)，干涉源的后聚焦走动与数据保存，干涉源的前聚焦数据保存，后聚焦走动与数据保存，电快门的光圈大小设置和曝光时间设置，定位流程控制。整个控制系统是为设备系统的机械部分量身打造，高精度电位器，磁栅尺提供高精度数据，光电隔离模块有效隔离单片机和负载的信号传输，增加了安全性，减少了电路干扰，简化了电路设计，集成步进电机驱动芯片于控制电路板，具有整步、半步、四分之一细分、八分之一细分可选，满足不同情况下对速度、精度的要求，具有正反转可控，另外还极 大的减小了体积，成本也相应降低很多。
权利要求1.一种便携式光栅干涉仪，其特征在于光栅干涉源控制电路包括第一单片机，经光电隔离连到第一步进电机驱动模块驱动第一步进电机完成对光栅干渉源的后聚焦控制，经光电隔离连到第三步进电机驱动模块驱动第三步进电机完成对光栅干渉源的光栅片的旋转控制，经光电隔离连到第四步进电机驱动模块驱动第四步进电机完成对光栅干渉源的光刀的开关控制，所述的光刀在所述的便携式三维重建数据获取系统用于在光栅干涉源中起到对光线的遮蔽作用， 第一磁栅尺、第一光电传感器、第一限位开关和第一接近开关经光电隔离连到第一单片机，第一磁栅尺用于测量光栅干涉源的后聚焦位移量，第一光电传感器、第一限位开关和第一接近开关用于对第一步进电机的走动行程起定位作用，第三接近开关用于对第三步进电机的走动行程起定位作用，第四接近开关用于对第四步进电机的走动行程起定位作用， 第一位移传感器、第二位移传感器、第一角度传感器和第二角度传感器经模数转换模块连到第一单片机，第一位移传感器用于测量光栅干涉源的前聚焦位移量，第二位移传感器用于测量图像获取仪的机械臂伸长位移量，第一角度传感器用于测量图像获取仪的机械臂的下旋角度，第二角度传感器用于测量图像获取仪的机械臂的上旋角度，所述便携式三维重建数据获取系统通过第一角度传感器和第二角度传感器以及第二位移传感器确定图 像获取仪的空间位置， 第一单片机连接控制灯光控制模块和造型灯控制模块，第一单片机与通讯模块相连。
2.如权利要求I所述的便携式光栅干涉仪，其特征在于，第一步进电机、第三步进电机和第四步进电机选用42电机，步距角为I. 8度，运行在细分1/8状态，以减少震动。
3.如权利要求I所述的便携式光栅干涉仪，其特征在于，所述的模数转换模块采用至少12位精度的抗干扰电路，使得前聚焦和后聚焦的总和误差在O. Imm以内。
4.如权利要求I所述的便携式光栅干涉仪，其特征在于，第一步进电机驱动模块、第三步进电机驱动模块和第四步进电机驱动模块的集成步进电机驱动芯片具有整步、半步、四分之ー细分、八分之ー细分可选，满足不同情况下对速度、精度的要求，且具有正反转可控。
专利摘要本实用新型公开一种便携式光栅干涉仪，光栅干涉源控制电路包括第一单片机，经光电隔离连到第一步进电机驱动模块驱动第一步进电机完成对光栅干涉源的后聚焦控制，经光电隔离连到第三步进电机驱动模块驱动第三步进电机完成对光栅干涉源的光栅片的旋转控制，经光电隔离连到第四步进电机驱动模块驱动第四步进电机完成对光栅干涉源的光刀的开关控制，所述的光刀在所述的便携式三维重建数据获取系统用于在光栅干涉源中起到对光线的遮蔽作用，第一磁栅尺经光电隔离连到第一单片机。第一磁栅尺用于测量光栅干涉源的后聚焦位移量。本实用新型对于光栅干涉仪提供了可便携化的硬件实现技术方案。
文档编号G01B9/023GK202420433SQ20112044139
公开日2012年9月5日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者梁震华 申请人:浙江华震数字化工程有限公司