CN110865392A - 一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法 - Google Patents
一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110865392A CN110865392A CN201911192930.0A CN201911192930A CN110865392A CN 110865392 A CN110865392 A CN 110865392A CN 201911192930 A CN201911192930 A CN 201911192930A CN 110865392 A CN110865392 A CN 110865392A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- measurement
- target
- measuring
- path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 88
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 61
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 7
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 2
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 claims 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，包括，利用光源发出飞秒脉冲光；将发出的飞秒脉冲光分为垂直的参考脉冲光和测量脉冲光；让参考脉冲光打到垂直于参考光路布置的一反射镜上，并调节参考光路的光程；让测量脉冲光经过一透镜后打到测量目标物体上，并在参考光路光程不变的情况下将聚焦点打到测量目标物体上，通过调节测量目标物体的位置调整测量光路的光程，并进行移动成像；两路脉冲分别按原路返回至红外分束立方体进行合束后依次通过另一反射镜和另一透镜打到一傅里叶光谱仪中，通过电脑后期处理后得到测量目标物体的图像。本发明实现了高精度、高稳定性、快速的工件目标物体测量；具有非接触且高精度的测量优势。
Description
技术领域
本发明涉及光学频率梳光谱测距领域，尤其涉及一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法。
背景技术
在当今的社会发展之中，高精度的距离测量技术以及工件的应用对生活和生产中都有着重要的作用和意义。随着科技与仪器的发展，对于高精度距离测量的应用也越来越广泛且要求越来越高，尤其是对工件的制作以及工件后期的检查。长度是国际单位的七个基本物理量中的一个而且依据米的定义：光在真空中走的299792458分之一秒的距离，可以知道长度与时间可以相互结合起来。进而时间的准确性就直接或间接的决定了距离的精度。光学频率梳是将时域和频域相结合起来的，在时域内，光学频率梳可以看成连续的脉冲序列；而在频域内，光学频率梳可以看成是等间隔的纵模。光学测量有着广泛的应用，例如质量的控制校正、工件的磨损检测、取证以及图像扫描等。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，本发明中以1μm的红外飞秒激光作为激光源并以光谱干涉作为基本原理对工件进行检测成像，其目的在于实现高精度、高稳定性、快速的工件测量和成像。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，包括以下步骤：
步骤一、光源发出飞秒脉冲光；
步骤二、将发出的飞秒脉冲光分为参考脉冲光和测量脉冲光两路光；
步骤三、让参考脉冲光打到垂直于参考光路布置的一反射镜上，并调节参考光路的光程；让测量脉冲光经过一透镜后打到测量目标物体上，并在参考光路光程不变的情况下将聚焦点打到测量目标物体上，通过调节测量目标物体的位置调整测量光路的光程，并进行移动成像；
步骤四、将打到测量目标物体上的测量脉冲光和打到所述反射镜上的参考脉冲光分别按原路返回至所述红外分束立方体进行合束，合束完成后依次通过另一反射镜和另一透镜打到一傅里叶光谱仪中；
步骤五、经过傅里叶光谱仪的数据采集和傅里叶变换，得到时间信息，进而通过数据处理得到距离信息；获得测量目标物体上各个点的距离信息后得到测量目标物体图像的点云图，从而进行成像。
进一步讲，本发明所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其中，涉及到的光学器件包括红外光源激光器、掺镱光纤功率放大器、准直器、红外分束立方体、两个反射镜、两个一维位移台、两个透镜、三维位移台、傅里叶光谱仪和衰减片；两个反射镜分别记为第一反射镜和第二反射镜，两个一维位移台分别记为第一一维位移台和第二一维位移，两个透镜分别记为第一透镜和第二透镜；所述红外光源激光器用于发射1030nm红外光源，测量目标物体放置于所述的三维位移台上，第一反射镜放置于所述的第一一维位移台上，第一透镜放置于所述的第二一维位移上。
所述红外光源激光器的型号为VFLS-1030-M-ps；所述掺镱光纤功率放大器的型号为MFAS-Yb-M-LP；所述准直器的型号为Thorlabs，F260APC-1064；所述红外分束立方体的型号为GCC-401132；所述第一反射镜和第二反射镜的型号均为Thorlabs，PF10-03-P01；所述第一一维位移台和第二一维位移台的型号均为LSDP-100JS；第一透镜和第二透镜的型号均为Thorlabs,LB4879-B；所述三维位移台的型号为LSDZ-03-01；所述衰减片的型号为NDC-50C-2M-B；所述傅里叶光谱仪的型号为Thorlabs,OSA202c。
本发明的步骤一中，使用所述红外光源激光器发射1030nm红外光源，该光源通过所述掺镱光纤功率放大器后，再通过1030nm的准直器，并通过调节所述准直器的俯仰偏摆，从而发出飞秒脉冲光。
本发明的步骤二中，将发出的飞秒脉冲光通过1：1的红外分束立方体，确保分束的两束光等高的射出，从而形成两束脉冲光，分别为参考光路的参考脉冲光和测量光路的测量脉冲光。
实现两束光等高射出的调节过程如下：在测量脉冲光和参考脉冲光的前端及尽量远的地方且在同一个高度上交替的放置一个靶标，所述靶标上设有使光通过的中心微孔，通过调节红外分束立方体的俯仰偏摆来进行调节测量光路的高度，通过调节所述准直器的俯仰偏摆来调节参考光路的高度。
通过调节红外分束立方体的俯仰偏摆来进行调节测量光路的高度的过程是，将靶标放置在测量光路的前进端，确保光在红外分束立方体刚分束的时候通过该靶标上的中心微孔，然后将该靶标在同一高度平移放到距离红外分束立方体尽量远的位置处，看光是否通过该靶标的中心微孔，若没通过则调节红外分束立方体的俯仰偏摆从而使光通过该中心微孔，然后，再将靶标放回到测量光路的前进端看该束光是否依旧通过该靶标的中心微孔，若通过，则表示光已经等高，如若不通过，则再次放置距离红外分束立方体尽量远的位置处进行调节，直到靶标在测量光路的前进端和距离红外分束立方体尽量远的位置时，光均通过该靶标的中心微孔为止。
通过调节所述准直器的俯仰偏摆来调节参考光路的高度的过程是，将靶标紧贴着放置在准直器的出光位置，且该靶标的中心微孔能使光通过；然后将该靶标在同一高度平移放到距离准直器尽量远的位置处，看光是否通过该靶标的中心微孔，若没通过则调节准直器的俯仰偏摆从而使光通过该中心微孔，然后，再将靶标放回到紧贴着准直器的出光位置处看该光束是否依旧通过该靶标的中心微孔，若通过，则表示光已经等高，如若不通过，则再次放置距离准直器尽量远的位置处进行调节，直到靶标在紧贴准直器的出光位置和距离准直器尽量远的位置时，光均通过该靶标的中心微孔为止。
本发明的步骤三中，参考脉冲光通过所述衰减片后打到第一反射镜上，通过调整第一一维位移台调节参考光路的长短，使测量光路和参考光路形成等臂，从而进行光谱干涉；测量脉冲光通过第一透镜后进行聚焦，通过调整第二一维位移台调节焦点的前后，在保证等臂的条件下经过第一透镜的焦点打在测量目标物体上，通过调节三维位移台的X轴使测量光路与参考光路进行等臂，调节三维位移台的Y轴和Z两轴来进行成像。
本发明的步骤四中，调整第一透镜的位置，使测量光路的光入射到第一透镜的中心进行聚焦，然后打到测量目标物体上后原路返回一定强度的光；参考光路的光在经过红外分束立方体以后打到垂直于参考光路的第一反射镜上，即在红外分束立方体射出处放置一小孔光阑，确保经过第一反射镜反射回来的光也通过同一光阑；测量光路与参考光路的反射光再次进入所述红外分束立方体从而完成合束，完成合束的脉冲光打到第二反射镜上，再经过第二透镜进行聚焦，使经过第二反射镜的合束脉冲光的焦点打到傅里叶光谱仪之中；其中，所述第二反射镜是用于调节第二反射镜俯仰偏摆以使聚焦的光顺利的打到傅里叶光谱仪的采集器上。
本发明的步骤五中，通过电脑的后期处理，根据时间信息得到距离信息，将距离信息记录下来获得测量目标物体上各个点的距离信息后，再依据三维位移台的电动位移，得到整个测量目标物体的距离信息，获得图像的点云图后得到测量目标物体的图像。
所述红外光源激光器的型号为VFLS-1030-M-ps；所述掺镱光纤功率放大器的型号为MFAS-Yb-M-LP；所述准直器的型号为Thorlabs，F260APC-1064；所述红外分束立方体的型号为GCC-401132；所述第一反射镜和第二反射镜的型号均为Thorlabs，PF10-03-P01；所述第一一维位移台和第二一维位移台的型号均为LSDP-100JS；第一透镜和第二透镜的型号均为Thorlabs,LB4879-B；所述三维位移台的型号为LSDZ-03-01；所述衰减片的型号为NDC-50C-2M-B；所述傅里叶光谱仪的型号为Thorlabs,OSA202c。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明方法在适应光学成像的基础之上，应用色散干涉的测距方法将其应用于工件的测量之上，可以完成实时呈现图像，并且该方法是基于飞秒光学频率梳，灵敏度非常高，精度也较一般的准确，可用于精密仪器的测量成像；
(2)本发明可解决测量工件时，由于工件表面漫反射而导致无法精确成像的影响。在本实验中，通过焦距极短的透镜，将工件反射回来的光尽可能都收回，所以这就可以保证工件测量的准确性和灵敏度等；
(3)本发明方法可进行实时测量，并且可以进行小型化测量，即所用工件可以小型化到合子中，便于携带进行随时测量；
(4)本发明方法同时也将在以后工件逐渐精密的成像中，检查工件磨损，平坦度等一些列的测量中发挥重要的直接或间接作用，为相关的领域作业提供可靠精准的数据和保障，同时，此方法依旧可以进行海底的仪器检测和成像。
附图说明
图1为本发明基于光学频率梳并应用于工件测距成像的流程图；
图2为本发明基于光学频率梳并应用于工件测距成像的光路图；
图3为本发明中光谱仪采集得到的光谱干涉图；
图4为本发明中进行完傅里叶变换后得到的时域图像。
图中：
1-红外光源激光器 2-掺镱光纤功率放大器 3-准直器
4-红外分束立方体 5-第一反射镜 6-第一一维位移台
7-第一透镜 8-第二一维位移台 9-测量目标物
10-三维位移台 11-第二反射镜 12-第二透镜
13-傅里叶光谱仪 14-参考光路 15-测量光路
16-衰减片
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，步骤如下：
步骤一、光源发出飞秒脉冲光；
步骤二、将发出的飞秒脉冲光分为参考脉冲光和测量脉冲光两路光；
步骤三、让参考脉冲光打到垂直于参考光路布置的一反射镜上，并调节参考光路的光程；让测量脉冲光经过一透镜后打到测量目标物体(即工件)上，并在参考光路光程不变的情况下将聚焦点打到测量目标物体上，通过调节测量目标物体的位置调整测量光路的光程，并进行移动成像；
步骤四、将打到测量目标物体上的测量脉冲光和打到所述反射镜上的参考脉冲光分别按原路返回至所述红外分束立方体进行合束，合束完成后依次通过另一反射镜和另一透镜打到一傅里叶光谱仪中；
步骤五、经过傅里叶光谱仪的数据采集和傅里叶变换，得到时间信息，进而通过数据处理得到距离信息；获得测量目标物体上各个点的距离信息后得到测量目标物体图像的点云图，从而进行成像。
实施例1、如图1和图2所示，本发明所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法中涉及到的光学器件包括红外光源激光器1、掺镱光纤功率放大器2、准直器3、红外分束立方体4、两个反射镜、两个一维位移台、两个透镜、三维位移台10、傅里叶光谱仪13和衰减片16；两个反射镜分别记为第一反射镜5和第二反射镜11，两个一维位移台分别记为第一一维位移台6和第二一维位移8，两个透镜分别记为第一透镜7和第二透镜12；所述红外光源激光器1用于发射1030nm红外光源，测量目标物体放置于所述的三维位移台10上，第一反射镜5放置于所述的第一一维位移台6上，第一透镜7放置于所述的第二一维位移8上。
步骤一中，使用所述红外光源激光器1发射1030nm红外光源，该光源通过所述掺镱光纤功率放大器2后进行光功率放大，以致可以在打到测量目标物体后收到足够的回光，再通过1030nm的准直器3，并通过调节所述准直器3的俯仰偏摆，使红外飞秒激光等高的射出。
步骤二中，将发出的飞秒脉冲光垂直入射到红外分束立方体4中，通过1：1的红外分束立方体4，确保分束的两束光等高的射出，经过此红外分束立方4后脉冲光被分为垂直的两束脉冲光，分别为参考光路14的参考脉冲光和测量光路15的测量脉冲光。
调整测量光路与参考光路以实现两束光等高射出的调节过程是：在测量脉冲光和参考脉冲光的前端及尽量远的地方且在同一个高度上交替的放置一个靶标，所述靶标上设有使光通过的中心微孔，通过调节红外分束立方体4的俯仰偏摆来进行调节测量光路15的高度，通过调节所述准直器3的俯仰偏摆来调节参考光路14的高度。
通过调节红外分束立方体4的俯仰偏摆来进行调节测量光路15的高度的过程是，将靶标放置在测量光路15的前进端，确保光在红外分束立方体4刚分束的时候通过该靶标上的中心微孔，然后将该靶标在同一高度平移放到距离红外分束立方体4尽量远的位置处，看光是否通过该靶标的中心微孔，若没通过则调节红外分束立方体4的俯仰偏摆从而使光通过该中心微孔，然后，再将靶标放回到测量光路15的前进端看该束光是否依旧通过该靶标的中心微孔，若通过，则表示光已经等高，如若不通过，则再次放置距离红外分束立方体4尽量远的位置处进行调节，直到靶标在测量光路15的前进端和距离红外分束立方体4尽量远的位置时，光均通过该靶标的中心微孔为止。
通过调节所述准直器3的俯仰偏摆来调节参考光路14的高度的过程是，将靶标紧贴着放置在准直器3的出光位置，且该靶标的中心微孔能使光通过；然后将该靶标在同一高度平移放到距离准直器3尽量远的位置处，看光是否通过该靶标的中心微孔，若没通过则调节准直器3的俯仰偏摆从而使光通过该中心微孔，然后，再将靶标放回到紧贴着准直器3的出光位置处看该光束是否依旧通过该靶标的中心微孔，若通过，则表示光已经等高，如若不通过，则再次放置距离准直器3尽量远的位置处进行调节，直到靶标在紧贴准直器3的出光位置和距离准直器3尽量远的位置时，光均通过该靶标的中心微孔为止。
步骤三中，参考脉冲光通过所述衰减片16后打到第一反射镜5上，所述衰减片16是用于调节参考光路14中参考光脉冲的光强大小，以便得到更好地实验现象，而第一一维位移台6是用于调节参考光路14的长短，通过调整第一一维位移台6以便更好的形成等臂明确等臂从而进行光谱干涉。测量脉冲光通过第一透镜7后进行聚焦，第一透镜7放置于第二一维位移台8上，便于更好的调节焦点的前后，使在保证等臂的条件下经过第一透镜7的焦点打在测量目标物体上，而测量目标物体放置于三维位移台10上，用于调节X、Y、Z轴，通过调节三维位移台10的X轴使测量光路与参考光路进行等臂，调节三维位移台10的Y轴和Z两轴来进行成像。
步骤四中，调整第一透镜7的位置，使测量光路15的光入射到第一透镜7的中心进行聚焦，然后打到测量目标物体上，依据光的反射定律可以知道，因为工件表面为漫反射面，所以一定会原路返回一定强度的光；参考光路14的光在经过红外分束立方体4以后打到垂直于参考光路14的第一反射镜5上，即在红外分束立方体4射出处放置一小孔光阑，确保经过第一反射镜5反射回来的光也通过同一光阑；测量光路15与参考光路14的反射光即两束携带有距离信息且原路返回等高的光在红外分束立方体4处进行合束，两束光按照原路返回到红外分束立方体处进行合束后，发生干涉；将合束完成的脉冲光打到第二反射镜11上，再经过第二透镜12进行聚焦，使经过第二反射镜11的合束脉冲光的焦点打到傅里叶光谱仪13之中，完成实验的采集；其中，所述第二反射镜11是用于调节第二反射镜11俯仰偏摆来使聚焦的光顺利的打到傅里叶光谱仪13的采集器上。
步骤五中，电脑的后期处理，通过对光谱干涉的分析从而根据时间信息得到距离信息，将距离信息记录下来获得测量目标物体上各个点的距离信息后，再依据三维位移台10的电动位移，得到整个测量目标物体的距离信息，获得图像的点云图后得到测量目标物体的图像，最终，由电脑将工件的图像呈现出来，从而完成工件的测量与成像。
本实施例中，涉及到的光学器件的选型如下：
红外光源激光器1的型号为：VFLS-1030-M-ps；
掺镱光纤功率放大器2的型号为：MFAS-Yb-M-LP；
准直器3的型号为：Thorlabs，F260APC-1064；
红外分束立方体4的型号为：GCC-401132；
第一反射镜5和第二反射镜11的型号相同，为：Thorlabs，PF10-03-P01；
第一一维位移台6和第二一维位移台8的型号相同，为：LSDP-100JS；
第一透镜7和第二透镜12的型号相同，为：Thorlabs,LB4879-B；
三维位移台10的型号为：LSDZ-03-01；
衰减片16的型号为：NDC-50C-2M-B；
傅里叶光谱仪13的型号为：Thorlabs,OSA202c。
本发明实施例中对各器件的选型仅是示意性的，对其他的选型方案不受限制，只要能实现本发明中对各器件的功能要求均可。
本实施例利用光谱干涉为基本测量原理，在脉冲光经过红外分束立方体后分为参考脉冲光和测量脉冲光，而其各自再带着距离信息形成反射光回到红外分束立方体中，完成脉冲光的合束，形成干涉。从而可以将距离信息记录下来并且可以算出其各个点的距离信息，再依据三维位移台的电动位移，可以得到整个测量目标物体的距离信息，从而得到该目标物体的图像。
实施例2、在实验中，可以将参考脉冲的光谱表示为：Eref(ω)＝αE(ω)，测量脉冲的光谱表示为：Emea(ω)＝βE(ω)exp(-iτω)；
其中，Eref(ω)为参考脉冲的光谱，Emea(ω)为测量脉冲的光谱，E(ω)为光源发出的光谱，ω为角频率，i为复数，α与β为功率因子且α＜1，β＜1。τ为测量脉冲与参考脉冲所经过的时间差。由距离公式L＝cτ/(2ng)，其中c为真空中的光速，ng为脉冲的群折射率。在实验中，由于所处的介质为空气，所以ng可以基本忽略不计，所以在参考脉冲的光谱与测量脉冲的光谱发生干涉后，光谱仪得到的光谱强度为：
其中，I(ω)为光谱仪接收到的光谱强度，k(ω)为波矢量；
依据光谱仪测得的光谱强度进行傅里叶变换，可以得到其测量的时间信息，如图3所示的光谱仪采集得到的光谱干涉图，图4为进行完傅里叶变换后得到的时域图像。
在得到时域图像后，通过公式ΔL＝c·(τ1-τ2)/2ng＝c·Δτ/(2ng)并结合图中的时间信息可以计算出所需要距离，从而完成成像。
综上，本发明以飞秒脉冲光谱干涉测量为基本原理对工件等测量目标物体进行测量并成像，实现了高精度、高稳定性、快速的工件目标物体测量；本方法将在工厂以及水下检测等类似的建设工作以及测量工作上发挥积极的作用，具有非接触且高精度的测量优势。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、光源发出飞秒脉冲光；
步骤二、将发出的飞秒脉冲光分为参考脉冲光和测量脉冲光两路光；
步骤三、让参考脉冲光打到垂直于参考光路布置的一反射镜上，并调节参考光路的光程；让测量脉冲光经过一透镜后打到测量目标物体上，并在参考光路光程不变的情况下将聚焦点打到测量目标物体上，通过调节测量目标物体的位置调整测量光路的光程，并进行移动成像；
步骤四、将打到测量目标物体上的测量脉冲光和打到所述反射镜上的参考脉冲光分别按原路返回至所述红外分束立方体进行合束，合束完成后依次通过另一反射镜和另一透镜打到一傅里叶光谱仪中；
步骤五、经过傅里叶光谱仪的数据采集和傅里叶变换，得到时间信息，进而通过数据处理得到距离信息；获得测量目标物体上各个点的距离信息后得到测量目标物体图像的点云图，从而进行成像。
2.根据权利要求1所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，涉及到的光学器件包括红外光源激光器(1)、掺镱光纤功率放大器(2)、准直器(3)、红外分束立方体(4)、两个反射镜、两个一维位移台、两个透镜、三维位移台(10)、傅里叶光谱仪(13)和衰减片(16)；两个反射镜分别记为第一反射镜(5)和第二反射镜(11)，两个一维位移台分别记为第一一维位移台(6)和第二一维位移(8)，两个透镜分别记为第一透镜(7)和第二透镜(12)；所述红外光源激光器(1)用于发射1030nm红外光源，测量目标物体放置于所述的三维位移台(10)上，第一反射镜(5)放置于所述的第一一维位移台(6)上，第一透镜(7)放置于所述的第二一维位移(8)上。
3.根据权利要求2所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，所述红外光源激光器(1)的型号为VFLS-1030-M-ps；所述掺镱光纤功率放大器(2)的型号为MFAS-Yb-M-LP；所述准直器(3)的型号为Thorlabs，F260APC-1064；所述红外分束立方体(4)的型号为GCC-401132；所述第一反射镜(5)和第二反射镜(11)的型号均为Thorlabs，PF10-03-P01；所述第一一维位移台(6)和第二一维位移台(8)的型号均为LSDP-100JS；第一透镜(7)和第二透镜(12)的型号均为Thorlabs,LB4879-B；所述三维位移台(10)的型号为LSDZ-03-01；所述衰减片(16)的型号为NDC-50C-2M-B；所述傅里叶光谱仪(13)的型号为Thorlabs,OSA202c。
4.根据权利要求2所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，步骤一中，使用所述红外光源激光器(1)发射1030nm红外光源，该光源通过所述掺镱光纤功率放大器(2)后，再通过1030nm的准直器(3)，并通过调节所述准直器(3)的俯仰偏摆，从而发出飞秒脉冲光。
5.根据权利要求2所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，步骤二中，将发出的飞秒脉冲光通过1：1的红外分束立方体(4)，确保分束的两束光等高的射出，从而形成两束脉冲光，分别为参考光路(14)的参考脉冲光和测量光路(16)的测量脉冲光。
6.根据权利要求5所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，步骤二中，实现两束光等高射出的调节过程如下：
在测量脉冲光和参考脉冲光的前端及尽量远的地方且在同一个高度上交替的放置一个靶标，所述靶标上设有使光通过的中心微孔，通过调节红外分束立方体(4)的俯仰偏摆来进行调节测量光路(15)的高度，通过调节所述准直器(3)的俯仰偏摆来调节参考光路(14)的高度。
7.根据权利要求6所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，
通过调节红外分束立方体(4)的俯仰偏摆来进行调节测量光路(15)的高度的过程是，将靶标放置在测量光路(15)的前进端，确保光在红外分束立方体(4)刚分束的时候通过该靶标上的中心微孔，然后将该靶标在同一高度平移放到距离红外分束立方体(4)尽量远的位置处，看光是否通过该靶标的中心微孔，若没通过则调节红外分束立方体(4)的俯仰偏摆从而使光通过该中心微孔，然后，再将靶标放回到测量光路(15)的前进端看该束光是否依旧通过该靶标的中心微孔，若通过，则表示光已经等高，如若不通过，则再次放置距离红外分束立方体(4)尽量远的位置处进行调节，直到靶标在测量光路(15)的前进端和距离红外分束立方体(4)尽量远的位置时，光均通过该靶标的中心微孔为止；
通过调节所述准直器(3)的俯仰偏摆来调节参考光路(14)的高度的过程是，将靶标紧贴着放置在准直器(3)的出光位置，且该靶标的中心微孔能使光通过；然后将该靶标在同一高度平移放到距离准直器(3)尽量远的位置处，看光是否通过该靶标的中心微孔，若没通过则调节准直器(3)的俯仰偏摆从而使光通过该中心微孔，然后，再将靶标放回到紧贴着准直器(3)的出光位置处看该光束是否依旧通过该靶标的中心微孔，若通过，则表示光已经等高，如若不通过，则再次放置距离准直器(3)尽量远的位置处进行调节，直到靶标在紧贴准直器(3)的出光位置和距离准直器(3)尽量远的位置时，光均通过该靶标的中心微孔为止。
8.根据权利要求2所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，步骤三中，参考脉冲光通过所述衰减片(16)后打到第一反射镜(5)上，通过调整第一一维位移台(6)调节参考光路的长短，使测量光路和参考光路形成等臂，从而进行光谱干涉；测量脉冲光通过第一透镜(7)后进行聚焦，通过调整第二一维位移台调节焦点的前后，在保证等臂的条件下经过第一透镜(7)的焦点打在测量目标物体上，通过调节三维位移台(10)的X轴使测量光路与参考光路进行等臂，调节三维位移台(10)的Y轴和Z两轴来进行成像。
9.根据权利要求2所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，步骤四中，调整第一透镜(7)的位置，使测量光路(15)的光入射到第一透镜(7)的中心进行聚焦，然后打到测量目标物体上后原路返回一定强度的光；参考光路(14)的光在经过红外分束立方体(4)以后打到垂直于参考光路(14)的第一反射镜(5)上，即在红外分束立方体(4)射出处放置一小孔光阑，确保经过第一反射镜(5)反射回来的光也通过同一光阑；测量光路(15)与参考光路(14)的反射光再次进入所述红外分束立方体(4)从而完成合束，完成合束的脉冲光打到第二反射镜(11)上，再经过第二透镜(12)进行聚焦，使经过第二反射镜(11)的合束脉冲光的焦点打到傅里叶光谱仪(13)之中；其中，所述第二反射镜(11)是用于调节第二反射镜(11)的俯仰偏摆以使聚焦的光顺利的打到傅里叶光谱仪(13)的采集器上。
10.根据权利要求2所述的基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法，其特征在于，步骤五中，通过电脑的后期处理，根据时间信息得到距离信息，将距离信息记录下来获得测量目标物体上各个点的距离信息后，再依据三维位移台(10)的电动位移，得到整个测量目标物体的距离信息，获得图像的点云图后得到测量目标物体的图像。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911192930.0A CN110865392A (zh) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911192930.0A CN110865392A (zh) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110865392A true CN110865392A (zh) | 2020-03-06 |
Family
ID=69656806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911192930.0A Pending CN110865392A (zh) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110865392A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111504199A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-07 | 天津大学 | 一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1805477A1 (de) * | 2004-10-20 | 2007-07-11 | Universität Stuttgart | Interferometrisches verfahren und anordnung |
| CN103196419A (zh) * | 2013-04-01 | 2013-07-10 | 中国科学院光电研究院 | 飞秒激光频率梳测距装置和方法 |
| CN105180892A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-12-23 | 天津大学 | 一种飞秒激光频率梳脉冲啁啾干涉测距方法及测距系统 |
| CN107764388A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-06 | 天津大学 | 一种基于声光效应的高精度海水声速测量方法 |
| CN108344383A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-31 | 苏州大学 | 一种非接触式坐标测量机 |
| CN110376596A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-10-25 | 华中科技大学 | 一种物体表面三维坐标测量系统以及测量方法 |
-
2019
- 2019-11-28 CN CN201911192930.0A patent/CN110865392A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1805477A1 (de) * | 2004-10-20 | 2007-07-11 | Universität Stuttgart | Interferometrisches verfahren und anordnung |
| CN103196419A (zh) * | 2013-04-01 | 2013-07-10 | 中国科学院光电研究院 | 飞秒激光频率梳测距装置和方法 |
| CN105180892A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-12-23 | 天津大学 | 一种飞秒激光频率梳脉冲啁啾干涉测距方法及测距系统 |
| CN107764388A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-06 | 天津大学 | 一种基于声光效应的高精度海水声速测量方法 |
| CN108344383A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-31 | 苏州大学 | 一种非接触式坐标测量机 |
| CN110376596A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-10-25 | 华中科技大学 | 一种物体表面三维坐标测量系统以及测量方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 王与烨: "太赫兹波三维成像技术研究进展" * |
| 薛彬等: "基于声光效应的海水声速测量" * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111504199A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-07 | 天津大学 | 一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10245683B2 (en) | Apparatus and method for beam diagnosis on laser processing optics | |
| CN104567719B (zh) | 一种高空间分辨长程面形检测装置及检测方法 | |
| KR101691544B1 (ko) | 비축대칭 렌즈를 포함하는 ＴＨｚ 빔 스캔 고속 3차원 영상 탐지 장치 | |
| Bartels et al. | Mapping metabolites from rough terrain: laser ablation electrospray ionization on non-flat samples | |
| CN109807471A (zh) | 一种激光打标装置及方法 | |
| CN103954598A (zh) | 一种基于倏逝波照明的轴向高精度定位方法及装置 | |
| CN105987674A (zh) | 基于影像测量的z轴垂直度误差测量方法及装置 | |
| CN107782697B (zh) | 宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置 | |
| CN113927191B (zh) | 一种激光加工光束质量监测系统及方法 | |
| CN106404189B (zh) | 测量太赫兹光束参数的方法 | |
| CN111239762A (zh) | 一种光学频率梳的工件快速成像方法 | |
| CN110865392A (zh) | 一种基于光学频率梳并应用于工件测距成像的方法 | |
| CN111006854A (zh) | 一种微纳结构透镜衍射效率测试装置与方法 | |
| CN112284984B (zh) | 一种基于光反射的固体表面能测定装置及方法 | |
| CN112729135B (zh) | 一种具有主动光学防抖功能的面阵扫频测距/厚的装置和方法 | |
| CN111272083B (zh) | 一种离轴抛物面镜离轴量的测量装置及测量方法 | |
| JPH1130508A (ja) | ゴルフボールの表面形状測定方法及び装置 | |
| CN116447988B (zh) | 一种采用宽光谱光源的三角激光测量方法 | |
| CN210475857U (zh) | 激光差动共焦三维曲面打标装置 | |
| KR100978397B1 (ko) | 플라즈마 밀도 분석 시스템 | |
| JP5759270B2 (ja) | 干渉計 | |
| CN110243760B (zh) | 线域频域光学相干层析系统及其纵向坐标标定方法 | |
| US11313789B2 (en) | Measurement system based on optical interference and measuring method using same | |
| CN210294038U (zh) | 线域频域光学相干层析检测及纵向坐标标定装置 | |
| CN113405538A (zh) | 一种激光散射诊断系统空间测量位置标定装置及标定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200306 |