CN114235023B - 相移器在线标定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种相移器在线标定方法及装置，方法包括以下步骤：a、搭建标定所用的光路环境；b、调节测量板使检测仪产生纵向条纹；c、在测量板上标记各标定刻度线d、记录相移器起始电压，并缓慢单向改变相移器电压，使条纹缓慢移动；e、记录条纹途经的各标定刻度线时相移器的电压；f、相移器调回起始电压，重复步骤d、e；g、计算并下发相移器标定值。本发明能够克服离线相移器标定法的使用不方便的问题以及标定算法误差不易评判的问题。

Description

相移器在线标定方法及装置
技术领域
本发明涉及一种相移器在线标定方法及装置。
背景技术
相移器是激光剪切散斑干涉检测仪的关键部件，其一般利用压电陶瓷作为驱动部件。而由于压电陶瓷制造工艺和性能稳定性有限，再加上检测环境的影响，其膨胀属性也会有所波动，因此需要对其进行周期性的标定。相移器的标定效果也会直接影响到激光散斑干涉检测仪检测的图像质量，进而影响最终的测量精度。现有技术中，一般采用基于条纹分析和数学统计方法的离线标定方法，这种方式需要基于数学模型的统计算法完成，因此需要复杂的迭代运算,容易受到模型准确性的影响而导致标定误差。另外，离线测量需要对相移器进行拆装，因此不仅会造成使用方面的不便，还会受到相移器拆装时产生的新误差的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相移器在线标定方法及装置。
为实现上述发明目的，本发明提供一种相移器在线标定方法及装置，方法包括以下步骤：
a、搭建标定所用的光路环境；
b、调节测量板使检测仪产生纵向条纹；
c、在测量板上标记各标定刻度线；
d、记录相移器起始电压，并缓慢单向改变相移器电压，使条纹缓慢移动；
e、记录条纹途经的各标定刻度线时相移器的电压；
f、相移器调回起始电压，重复步骤d、e；
g、计算并下发相移器标定值。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，所述光路环境为大剪切法测量光路环境，所述检测仪为迈克尔逊型激光剪切散斑干涉检测仪。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(b)中，开启激光剪切散斑干涉检测仪，将剪切方向调至水平，旋转测量板的调试杆使激光剪切散斑干涉检测仪产生纵向条纹；所述测量板为平面板，表面刻有水平垂直刻度线和可旋转的调试杆。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(c)中，以相邻同色条纹的中心为起点和终点，找到起点和终点多个等分点,经过这些点画出与条纹平行的直线，这些直线为标定刻度线。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(d)中，所述的起点电压为此时相移器电压；所述的单向改变相移器电压是指连续升高或降低电压；
根据本发明的一个方面，在所述步骤(e)中，当条纹移动到标定刻度线时，记录相移器电压，即得到相移器本轮测量中的标定电压。再将相移器的电压值调回起点电压；
根据本发明的一个方面，在所述步骤(f)中，重复的次数不少于10次；
根据本发明的一个方面，在所述步骤(g)中，计算各标定刻度线的每次测量电压的平均值作为相移器标定后的电压，并将标定后的相移器电压保存或下发到电路控制系统；
相移器在线标定装置，包括激光剪切散斑干涉检测仪、相移器、测量板、参照物、扩束镜、CCD和反射镜。
根据本发明的一个方面，所述测量板包括带刻度的白底面板、支架、轴承、调试杆、受力杆和弹力绳；
所述面板通过所述轴承与所述支架连接；
所述受力杆固定在面板上，所述调试杆通过螺纹可旋转的安装到所述支架上；
所述弹力绳一端连接所述受力杆，另一端连接所述面板或所述轴承。
根据本发明的构思，提供一种激光散斑干涉检测仪相移器在线标定方式，从而克服激光散斑测量领域利用传统相移器标定法需要拆卸相移器部件的离线光学标定使用不方便的问题，以及基于数学模型的标定算法标定误差不易评判的问题。
根据本发明的方案，采用标定专用测量板，再结合大剪切激光干涉测量法搭建测量环境，利用在线实时调整相移器驱动电压值的方式，移动干涉条纹的位置，通过条纹的位置变化规律来实现相仪器的精准标定。
附图说明
图1示意性表示本发明的一种相移器在线标定方法的流程图。
图2示意性表示大剪切法测量光路图。
图3和图4分别示意性表示正面和反面的测量板结构图。
图5示意性表示条纹标定刻度线位置示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
参见图1，本发明的基于激光干涉条纹快速识别的相移器在线标定方法，可应用于激光散斑干涉测量领域。本方法首先需要搭建标定所用的光路环境。参见图2，光路环境为大剪切法测量光路环境，需要用到的检测仪为激光剪切散斑干涉检测仪，同时，还需相移器1以及一个相移器在线标定专用的测量板2，以便标记和控制检测仪上产生干涉条纹的移动方向和距离。此外，光路环境还包括参照物3、扩束镜4、CCD5和反射镜6。参见图3和图4，测量板2包括带刻度的白底面板21和支架22，面板21通过轴承23与支架22连接，还包括调试杆24、受力杆25和弹力绳26，受力杆25固定在面板21上，调试杆24通过螺纹可旋转的安装到支架22上，端部可与受力杆25接触。弹力绳26一端连接受力杆25，另一端连接面板21或轴承23。这样，当转动调试杆24时，其向着受力杆25移动至与其接触。受力杆25受到调试杆24的推力而移动，从而带动面板21转动。而弹力绳26的设置可以使面板21回位。
本发明中，开启激光剪切散斑干涉检测仪，将剪切方向调至水平，如此，根据剪切散斑测量原理，剪切方向调至水平时，散斑差图上可产生纵向条纹。通过调节(旋转)测量板2上的调试杆24，使激光剪切散斑干涉检测仪在其上产生纵向条纹。当条纹不处于纵向位置时，可微调激光剪切散斑干涉检测仪上的剪切装置，以调整条纹的方向。可选取一组相邻的同色条纹，以相邻同色条纹的中心为起点和终点，将起点和终点之间作N个等分点(N取决于激光剪切散斑干涉仪相移提取算法，即采用三步相移法，则N为3，采用四部步相移法，则N为4，采用五部步相移法，则N为5，为简化说明，下文以采用四步相移算法进行描述。如此，剪切装置和调试杆24共同作用，通过剪切装置将剪切量调成水平方向(以方便快速产生纵向条纹)，再调节调试杆24使被测物微小弧度旋转,此时在激光剪切散斑干涉检测仪上会出现纵向条纹。
经过这些点画出与条纹平行的直线L1、L2、L3、L4(参见图5)。记录此时相移器1电压为起点电压V1，即L1则为条纹移动的起点，其对应的电压即为上述V1。即，将电压调回起点值(此时条纹调同时会回起点位置)，而相移器1的电压与控制器的电压相同。控制器即为激光剪切散斑干涉检测仪中用于控制相移器1(即压电陶瓷)电压的电源装置。随后激光剪切散斑干涉检测仪下发指令，使控制器连续驱动相移器1中的压电陶瓷使条纹产生微小位移，在激光剪切散斑干涉检测仪上观察相邻条纹移动，并记录条纹移动的终点及途经的各标定刻度线的电压，获得本轮测量中的标定电压(v1，v2，v3，v4)，然后，对上述步骤进行循环，并计算每次记录的电压的平均值作为标定后的电压。即，控制器电压调回v1，再重复上述步骤以获得一系列电压值(v1，v2，v3，v4)，并分别计算这些电压值的平均值。而相移器1本质上实际是对控制器电压的标定，所以最终得到的v1，v2，v3，v4的平均值，即为相移器1在线状态下的标定值。而标定后的电压由检测仪保存或下发到电路控制系统。
本发明的相移器1在线标定装置，包括激光剪切散斑干涉检测仪和测量板2。测量板2上标有最小刻度为毫米的水平垂直刻度线和可旋转的调试杆24，调试杆24可产生线微弧度级的旋转。测量板2包括固定部分和可旋转的活动部分，固定部分为基准面，而活动部分则可以适应大剪切法剪切散斑测量的应用环境。测量板2基座需要固定在光学移动平台之上，其尺寸在300mm×300mm左右。本发明所用的大剪切法是指通过调整激光剪切散斑干涉检测仪的剪切量以使其产生两个影像，形成剪切散斑测量的基础条件，通过这两个影像的干涉即可出现散斑条纹。同时，本发明使剪切装置所产生的两个影像一个位于测量板2的固定部分上，另一个位于测量板2的活动部分上。并且，激光剪切散斑干涉检测仪的配套软件应具备随机控制相移器1位移功能，能实时记录当前电路输出的电压值，并能将标定后的电压值保存或下发到电路控制系统。
综上所述，本发明的标定方法可进行在线标定，实现即标即用，而标定的状态即为测量状态，从而可避免装配过程中产生的误差，降低了激光散斑干涉检测仪机械设计难度，增大了相移器1装配公差，并且操作简单。另外，本发明的装置设计简单，单纯使用硬件标定，因此无需开发基于模型的标定算法。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种相移器在线标定方法，包括以下步骤：
a、搭建标定所用的光路环境；
b、调节测量板使检测仪产生纵向条纹；
c、在测量板上标记各标定刻度线；
d、记录相移器起始电压，并单向改变相移器电压，使条纹移动；
e、记录条纹途经的各标定刻度线时相移器的电压；
f、相移器调回起始电压，重复步骤d、e；
g、计算并下发相移器标定值；
在步骤a中，光路环境为大剪切法测量光路环境，待标定设备为激光剪切散斑干涉检测仪；
在步骤b中，开启激光剪切散斑干涉检测仪，将剪切方向调至水平，旋转测量板的调试杆使激光剪切散斑干涉检测仪产生纵向条纹；
所述测量板为平面板，表面刻有水平垂直刻度线和可旋转的调试杆；
在步骤c中，以相邻同色条纹的中心为起点和终点，找到起点和终点多个等分点,经过这些点画出与条纹平行的直线，这些直线为标定刻度线；
在步骤e中，当条纹移动到标定刻度线时，记录相移器电压，即得到相移器本轮测量中的标定电压，再将相移器的电压值调回起点电压；
其中，用于实施所述相移器在线标定方法的装置，包括激光剪切散斑干涉检测仪、相移器（1）、测量板（2）、参照物（3）、扩束镜（4）、CCD（5）和反射镜（6）；
所述测量板（2）包括带刻度的白底面板（21）、支架（22）、轴承（23）、调试杆（24）、受力杆（25）和弹力绳（26）；
所述面板（21）通过所述轴承（23）与所述支架（22）连接；
所述受力杆（25）固定在面板（21）上，所述调试杆（24）通过螺纹可旋转的安装到所述支架（22）上；
所述弹力绳（26）一端连接所述受力杆（25），另一端连接所述面板（21）或所述轴承（23）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d中，起点电压为此时相移器电压;
单向改变相移器电压是指连续升高或降低电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤f中，重复的次数不少于10次。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤g中，计算各标定刻度线的每次测量电压的平均值作为相移器标定后的电压，并将标定后的相移器电压保存或下发到电路控制系统。
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