CN103954232A - 一种柔性表面形貌快速提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性表面形貌快速提取方法，采用数字微镜器构建移动的线光束，并将该移动的线光束照射在被测物表面并由该被测物表面反射后，由CCD图像传感器接收，完成对被测物表面的扫描和快速提取。本发明能够实现对复杂形貌被测物的表面形貌的快速精密测量。

Description

一种柔性表面形貌快速提取方法

技术领域

本发明涉及三维形貌检测，特别涉及一种柔性表面形貌快速提取方法。

背景技术

随着精密加工技术的飞速发展，精密检测技术所面临的挑战日益严峻，以表面测量为代表的现代精密测量技术也受到了越来越多的关注。现有的表面形貌测量方法有很多，主要包括触针法、共焦法、干涉法等。这些方法的测量精度很高，但是面对砂轮等具有复杂表面形貌的被测物时，这些方法难以同时对该类被测物表面所存在的大量凸起或凹陷的细微结构的位置和轮廓做精密测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种柔性表面形貌快速提取方法，利用数字微镜器(DMD)构建柔性线光束，并将该线光束应用于对表面形貌的扫描，从而可对具有复杂形貌的被测物表面上的大量凸起和凹陷的细微结构进行快速定位和边缘提取。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种柔性表面形貌快速提取方法，采用数字微镜器构建移动的线光束，并将该移动的线光束照射在被测物表面并由该被测物表面反射后，由CCD图像传感器接收，完成对被测物表面的扫描和快速提取，具体包括如下步骤：

1)光源发出的光经准直镜准直后，以一个大于0度小于90度的入射角照射在数字微镜器的反射面上，由该数字微镜器将该入射光调制成线光束并反射出去；其中，该线光束由所述数字微镜器的指定出射方向射出；

2)所述数字微镜器通过其控制单元控制所述线光束的出射位置从该数字微镜器的反射面的一端向另一端移动；

3)所述线光束从数字微镜器出射后，先传至第一凸透镜进行聚光，然后在该聚光处由分光镜反射转向一个预设的第一角度后通过第二凸透镜还原为平行的光，最后照射在被测物表面上；

4)照射在被测物表面的光经被测物表面反射后，依次通过第二凸透镜、分光镜和第三凸透镜被CCD图像传感器接收；

其中，所述第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜面向所述分光镜的一侧的焦点均落于所述分光镜上。

进一步的，步骤1)中，所述数字微镜器通过利用其控制单元，将该数字微镜器的其中一行或相邻的多行微镜偏转到同一个预设的第二角度，同时将其他微镜偏转到其他角度，实现将所述入射光调制成所述线光束并反射出去。

进一步的，步骤2)中，所述数字微镜器通过利用其控制单元，控制该数字微镜器上的所有微镜以一行或相邻的多行为一组依次轮流偏转到所述第二角度，实现将所述线光束的出射位置从该数字微镜器的反射面的一端向另一端移动。

进一步的，所述第一角度为90度。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的一种柔性表面形貌快速提取方法，利用DMD构建柔性线光束，并将该线光束应用于对表面形貌的扫描，从而可对具有复杂形貌的被测物表面上的大量凸起和凹陷的细微结构进行快速定位和边缘提取。通过采用线光束对表面形貌进行扫描，使得CCD图像传感器的计算复杂度大大降低(每次接收后，CCD图像传感器只需完成对单条线光束范围内的表面提取数据的计算即可)，从而能够实现更精密的测量。

2.本发明的一种柔性表面形貌快速提取方法，采用数字微镜器来构建用于表面形貌扫描的线光束，在扫描过程中，无需移动光源和数字微镜器，只需通过控制数字微镜器上的所有微镜以一行或相邻的多行为一组依次轮流偏转到所述第二角度，即可实现线光束在被测物表面的移动，从而实现对被测物表面的扫描。

附图说明

图1为本发明实施例的一种柔性表面形貌快速提取方法所采用的装置及其光路原理示意图；

图2为本发明实施例中的数字微镜器以一行微镜为一组依次轮流偏转到所述第二角度的示意图。

具体实施方式

实施例，

如图1所示，本发明提供了一种柔性表面形貌快速提取方法，采用数字微镜器3构建移动的线光束，并将该移动的线光束照射在被测物11表面并由该被测物11表面反射后，由CCD图像传感器9接收，完成对被测物11表面的扫描和快速提取，具体包括如下步骤：

1)光源1发出的光经准直镜2(该准直镜2与光源1发出的光束共光轴)准直后，以一个大于0度小于90度的入射角照射在数字微镜器3(本实施例中，采用的是微镜阵列为1024×768的DMD，其中每个微镜31(如图2所示)的尺寸是10.8μm×10.8μm)的反射面上，由该数字微镜器3将该入射光调制成线光束并反射出去(该线光束由所述数字微镜器3的指定出射方向射出)；

2)所述数字微镜器3通过其控制单元4控制所述线光束的出射位置从该数字微镜器3的反射面的一端向另一端移动；

3)所述线光束从数字微镜器3出射后，先传至第一凸透镜5进行聚光，然后在该聚光处由分光镜6反射转向一个预设的第一角度后通过第二凸透镜7还原为平行的光，最后照射在被测物11(本实施例中，被测物11被放置在工作台10上，如图1所示)表面上；

4)照射在被测物11表面的光经被测物11表面反射后，依次通过第二凸透镜7、分光镜6和第三凸透镜8被CCD图像传感器9接收；

其中，所述数字微镜器3的反射面位于所述第一凸透镜5的光轴上，所述第一凸透镜5、第二凸透镜7和第三凸透镜8面向所述分光镜6的一侧的焦点均落于所述分光镜6上，被测物11放置于所述第二凸透镜7的另一侧焦点附近(焦点左右1mm处)，所述CCD图像传感器9放置于所述第三凸透镜8的另一侧焦点附近(焦点左右1mm处)。

其工作原理是：通过使线光束的出射位置从数字微镜器3的反射面的一端向另一端移动，构造持续移动的线光束，则该移动的线光束能够经第一凸透镜5、分光镜6和第二凸透镜7对被测物11进行扫描，当线光束的出射位置移到所述数字微镜器3的反射面的另一端时，完成一次扫描。

进一步的，步骤1)中，所述数字微镜器3通过利用其控制单元4，将该数字微镜器3的其中一行或相邻的多行微镜31偏转到同一个预设的第二角度，同时将其他微镜31偏转到其他角度(不等于所述第二角度)，从而能够从所述其中一行或相邻的多行微镜31向所述指定方向(指朝向第一透镜5的方向)反射出所述线光束，也就是说，能够实现将所述入射光调制成所述线光束并反射出去。

进一步的，步骤2)中，所述数字微镜器3通过利用其控制单元4，控制该数字微镜器3上的所有微镜31以一行或相邻的多行为一组依次轮流偏转到所述第二角度(本实施例中，以一行微镜31为一组依次轮流偏转到所述第二角度，如图2所示，图中涂黑的方形即表示转到所述第二角度的微镜31)，实现将所述线光束的出射位置从该数字微镜器3的反射面的一端向另一端移动。

进一步的，所述第一角度为90度。

进一步的，可根据被测物11表面的凸起或凹陷等细微结构的横向尺寸，调整所述线光束的粗细；例如，当细微结构较大时，为了缩短测量时间，可增加同时偏转到所述第二角度的微镜31的行数，也就是使线光束加粗。而对于凹陷的细微结构，当凹陷较深时，可通过调整微镜31的振动频率，适当增加线光束的光强。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种柔性表面形貌快速提取方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种柔性表面形貌快速提取方法，其特征在于，采用数字微镜器构建移动的线光束，并将该移动的线光束照射在被测物表面并由该被测物表面反射后，由CCD图像传感器接收，完成对被测物表面的扫描和快速提取，具体包括如下步骤：

1)光源发出的光经准直镜准直后，以一个大于0度小于90度的入射角照射在数字微镜器的反射面上，由该数字微镜器将该入射光调制成线光束并反射出去；其中，该线光束由所述数字微镜器的指定出射方向射出；

2)所述数字微镜器通过其控制单元控制所述线光束的出射位置从该数字微镜器的反射面的一端向另一端移动；

3)所述线光束从数字微镜器出射后，先传至第一凸透镜进行聚光，然后在该聚光处由分光镜反射转向一个预设的第一角度后通过第二凸透镜还原为平行的光，最后照射在被测物表面上；

4)照射在被测物表面的光经被测物表面反射后，依次通过第二凸透镜、分光镜和第三凸透镜被CCD图像传感器接收；

其中，所述第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜面向所述分光镜的一侧的焦点均落于所述分光镜上。

2.如权利要求1所述的一种柔性表面形貌快速提取方法，其特征在于，步骤1)中，所述数字微镜器通过利用其控制单元，将该数字微镜器的其中一行或相邻的多行微镜偏转到同一个预设的第二角度，同时将其他微镜偏转到其他角度，实现将所述入射光调制成所述线光束并反射出去。

3.如权利要求2所述的一种柔性表面形貌快速提取方法，其特征在于，步骤2)中，所述数字微镜器通过利用其控制单元，控制该数字微镜器上的所有微镜以一行或相邻的多行为一组依次轮流偏转到所述第二角度，实现将所述线光束的出射位置从该数字微镜器的反射面的一端向另一端移动。

4.如权利要求1所述的一种柔性表面形貌快速提取方法，其特征在于，所述第一角度为90度。