CN104622474B - 一种表面深度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表面深度测量装置，包括：扫描装置，用于扫描待测物体表面深度；成像装置，用于将扫描装置测量的数据处理成图像；显示装置，用于输出物体表面待测深度；还包括用于将扫描成像图上单位像素点代表的空气中光程进行标定的标定装置；用于存储扫描成像图中单位像素所代表空气中单位光程的存储装置；用于把测量待测物体表面深度在扫描成像图中的像素值的测量装置；用于计算待测物体表面深度的计算装置。本发明的有益效果：无需直接接触、无损快速、操作方便且测量精度高。

Description

一种表面深度测量装置
技术领域
本发明涉及深度测量领域，涉及一种表面深度测量装置。
背景技术
在许多领域如材料与制造领域中，材料表面平整度是其性能高低的重要因素，而在激光外科手术中，操作人员希望实时获取某一参数（功率、脉宽、脉冲数等）的激光对某特定生物组织的消融深度。目前，在样品表面深度方向的测量仪器有触针式仪器、体式显微镜、传统干涉仪等，触针式仪器需要与待测对象进行接触容易造成测量对象的破坏，影响测量精度，体式显微镜则需要将待测对象进行解剖后进行横截面的显微测量，都属于接触式或者破坏性测量。传统干涉仪是通过观察干涉条纹的变化计算得到深度值，对环境要求高，且在观察条纹移动时显得十分不便。在对活体进行激光手术过程中，接触式测量慢且精度不高，操作不方便；采用离体生物切片的办法纵向切开样品组织进行测量，不可能进行活体测量，特别是在医学领域中面对的对象都是病人，测量的方法应是非接触式、无损且快速。
故现有技术有待改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种非接触式、无损且快速的表面深度测量装置。
本发明的技术解决方案是：一种表面深度测量装置，包括：
扫描装置，用于扫描待测物体表面深度；
成像装置，用于将扫描装置测量的数据处理成图像；
显示装置，用于输出物体表面待测深度；
还包括用于将扫描成像图上单位像素点代表的空气中光程进行标定的标定装置；
用于存储扫描成像图中单位像素所代表空气中单位光程的存储装置；
用于把测量待测物体表面深度在扫描成像图中的像素值的测量装置；
用于计算待测物体表面深度的计算装置。
本发明通过扫描装置将待测对象通过成像装置直接成像，通过测量装置测量成像的长度，计算装置根据标定装置已经标定的单位像素所代表的光程，计算出待测对象的实际深度。使用时，只需要移动扫描装置，成像装置自动成像，计算装置自动计算，整个过程操作简单，方便，且不需要对被测物体进行破坏，测量精度可达10μm。
所述扫描装置是光纤传感器。
所述成像装置是迈克尔逊成像装置。
本发明的有益效果：无需直接接触、无损快速、操作方便且测量精度高。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明实施例扫描装置；
图3是本发明实施例标定伪彩图；
图4是本发明实施例实测物体表面深度伪彩图。
具体实施方式
实施例：
参考图1，标定装置的数据输出到存储装置并保存备用；扫描装置的数据经成像装置处理成伪彩图后，经测量装置进行对物体表面深度在伪彩图上的长度进行测量，并将测量结果输出到计算装置，计算装置调取存储装置中的已标定数据，结合测量装置的数据计算出待测对象的实际深度并输出的显示装置显示。
请参考图2，低相干光纤式迈克尔逊干涉仪构成本发明的扫描装置，干涉仪的光源1发出的光经过光纤耦合器2分为参考臂光和样品臂光两束，其中参考臂光束经过透镜3与反射镜4返回光纤耦合器2，样品臂光通过二维振镜5进行样品横向扫描并经过物镜6后照射到样品7上，经过样品表面反射返回光纤耦合器2，样品臂光与参考臂光在等光程处发生干涉产生干涉信号，干涉信号从耦合器射出后由光电探测器接8收并转换成电信号，经过放大、滤波处理经计算机9上安装的matlab软件处理成待测对象的伪彩图。
本装置的工作原理：两束低相干涉光只有在等光程处才发生干涉产生干涉信号，因此可以利用此原理对处于空气中物体的表面轮廓进行扫描成像。请参考图3，图3是处于空气中的玻璃轮廓低相干涉所形成的伪彩图，图中清晰显示玻璃的上下表面轮廓处各有两个亮度条。此时其上下表面亮度变化处纵坐标的深度值约为155单位点，每单位所代表物体的实际深度可通过标准物体进行扫描标定所得。如图3中的载玻片，光在载波片上下表面传播过程中的光程差L等于载玻片的实际厚度t乘以载玻片折射率n所得的值，即L=t*n，则表明每个单位点所代表在空气中的光程为x=L/N=T*n/N =1500um/155=9.8um。
本装置的工作过程：
（1）标定：已知折射率为n=1.5、厚度t为1mm的载玻片，用低相干光纤式迈克尔逊干涉仪扫描得到其伪彩图（图3），通过从图中可以直观看出载玻片上下表面对应的像素点差为N=155点； 光在载波片上下表面传播过程中的光程差L等于载玻片的实际厚度t乘以载玻片折射率n所得的值，即
L=t*n，则表明图像中纵坐标每个单位所代表在空气中的光程为x=L/N=T*n/N =1500um/155=9.8um.
（2）扫描待测物体：用步骤（1）标定后低相干光纤式迈克尔逊干涉仪对待测对象进行扫描，扫描后的数据传送到matlab软件中。
（3）成像：matlab软件对数据处理后得到待测对象表面轮廓的伪彩图，请参考图4。
（4）测量：通过坐标截图或其它方式计算待测对象在图像的深度值，对应图4中为100。
（5）计算：根据步骤（1）中标定的数据，图像中每单位所代表物体的实际深度为9.8 um，乘以待测深度在图像中的深度值100，得到待测物体表面深度为980 um。
（6）显示：通过计算机屏幕直接显示或输出到其它显示设备。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种表面深度测量装置，包括：
扫描装置，用于扫描待测物体表面深度；
成像装置，用于将扫描装置测量的数据处理成图像；
显示装置，用于输出物体表面待测深度；
其特征在于：还包括用于把扫描成像图上单位像素点代表的空气中光程进行标定的标定装置，其中，使用低相干光纤式迈克尔逊干涉仪进行待测物体表面深度的扫描，经处理得到待测物体的伪彩图，在标定时，使用低相干光纤式迈克尔逊干涉仪对折射率为1.5、厚度为1mm的载玻片进行扫描得到载玻片的伪彩图，通过计算得到单位像素点代表的空气中光程来进行标定；
用于存储扫描成像图中单位像素所代表空气中单位光程的存储装置；
用于把测量待测物体表面深度在扫描成像图中的像素值的测量装置；
用于计算待测物体表面深度的计算装置。
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