CN115585752A - 一种三维定量数字全息成像的检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维定量数字全息成像的检测系统及方法，该检测系统中，激光器发射检测激光后，第一偏振分光棱镜将检测激光分为第一偏振光与第二偏振光，第一偏振光在第一光路传播；第二偏振光在第二光路传播；从第一光路与第二光路传播出三种不同波长的偏振光，三种波长不同的偏振光在第三偏振分光棱镜中进行相互叠加与抵消，并通过图像采集模块进行拍摄处理，得到了三维定量数字全息图；在该检测系统中，由于三种不同波长的偏振光进行了叠加与抵消，所以可以精确的得到待检测物的三维定量数字全息图，且该检测系统的检测精度可以达到微米级别。

Description

一种三维定量数字全息成像的检测系统及方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地说，涉及一种三维定量数字全息成像的检测系统及方法。

背景技术

随着各个行业对高精度零部件的需求越来越高，高精度零部件的检测成为了一种研究方向；目前，高精度零部件的应用安装配合精度已经达到10μm级别，甚至已有1μm的超精度级别；但是，目前并没有专业的三维定量成像技术来检测这个精度的零部件。

因此，设计一种采用三维定量成像技术检测微米精度的系统，成为了一个亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种三维定量数字全息成像的检测系统及方法，技术方案如下：

一种三维定量数字全息成像的检测系统，所述检测系统包括：

激光器；所述激光器用于发射检测激光；

位于所述激光器一侧的第一偏振分光棱镜；所述第一偏振分光棱镜用于将所述检测激光分为第一偏振光以及第二偏振光；所述第一偏振光在第一光路传播；所述第二偏振光在第二光路传播；

所述第一光路包括待检测物、第二偏振分光棱镜以及第三偏振分光棱镜；所述第二光路包括第一半波片、极化分束镜以及第二半波片；

所述第一半波片用于对所述第二偏振光进行处理并得到第三偏振光；

所述极化分束镜用于将所述第三偏振光分为第四偏振光与第五偏振光；

所述第二半波片用于对所述第五偏振光进行处理并得到第六偏振光；

所述第二偏振分光棱镜用于对透过所述待检测物的所述第一偏振光进行处理，并对所述第四偏振光进行处理；

其中，所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光的波长不同；

所述第三偏振分光棱镜用于将所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光进行相互叠加与抵消，并通过图像采集模块进行拍摄处理，得到三维定量数字全息图。

可选地，在上述检测系统中，所述检测系统还包括：

在所述第一光路的传播路径上，依次位于所述第一偏振分光棱镜与所述待检测物之间的第一直角棱镜、第一快门、第一扩束镜以及第一可变光圈；

所述第一直角棱镜用于转换所述第一偏振光的角度；

所述第一快门用于控制所述第一偏振光的传播；

所述第一扩束镜用于对所述第一偏振光进行扩束处理；

所述第一可变光圈用于调节所述第一偏振光的光圈。

可选地，在上述检测系统中，所述检测系统还包括：

位于所述第二偏振分光棱镜与所述第三偏振分光棱镜之间的凸透镜；

所述凸透镜用于对透过所述第二偏振分光棱镜的偏振光进行聚焦。

可选地，在上述检测系统中，所述检测系统还包括：

在所述第二光路的传播路径上，依次设置在所述第一偏振分光棱镜与所述极化分束镜之间的第二快门、第二扩束镜以及第二可变光圈；

所述第二快门用于控制所述第二偏振光的传播；

所述第二扩束镜用于对所述第二偏振光进行扩束处理；

所述第二可变光圈用于调节所述第二偏振光的光圈。

可选地，在上述检测系统中，所述检测系统还包括：

位于所述第二半波片与所述第三偏振分光棱镜之间的第二直角棱镜；

所述第二直角棱镜用于转换所述第六偏振光的角度。

可选地，在上述检测系统中，所述检测系统还包括：

电控垂直台；所述电控垂直台用于放置所述待检测物；

所述电控垂直台包括电控转台与电控升降台；

所述电控转台用于旋转所述待检测物；所述电控升降台用于调整所述待检测物的位置。

可选地，在上述检测系统中，所述检测系统还包括：

机械设备控制器，所述机械设备控制器用于控制所述检测系统的工作状态。

一种三维定量数字全息成像的检测方法，基于上述任一所述的检测系统，所述检测方法包括：

控制激光器发射检测激光，所述检测激光被所述第一偏振分光棱镜分为第一偏振光以及第二偏振光；所述第一偏振光在第一光路传播；所述第二偏振光在第二光路传播；所述第一光路包括待检测物、第二偏振分光棱镜以及第三偏振分光棱镜；所述第二光路包括第一半波片、极化分束镜以及第二半波片；所述第一半波片用于对所述第二偏振光进行处理并得到第三偏振光；所述极化分束镜用于将所述第三偏振光分为第四偏振光与第五偏振光；所述第二半波片用于对所述第五偏振光进行处理并得到第六偏振光；所述第二偏振分光棱镜用于对透过所述待检测物的所述第一偏振光进行处理，并对所述第四偏振光进行处理；其中，所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光的波长不同；所述第三偏振分光棱镜用于将所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光进行相互叠加与抵消；

控制图像采集模块处于工作状态进行拍摄处理，得到三维定量数字全息图。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明提供了一种三维定量数字全息成像的检测系统及方法，该检测系统中，激光器发射检测激光后，第一偏振分光棱镜将检测激光分为第一偏振光与第二偏振光，透过待检测物的第一偏振光通过第二偏振分光棱镜进入第三偏振分光棱镜；第二偏振光经过第一半波片的处理后，得到了与第一偏振光波长不同的第三偏振光，第三偏振光进入了极化分束镜，极化分束镜对第三偏振光进行分束，得到了第四偏振光与第五偏振光，第四偏振光进入第二偏振分光棱镜，第四偏振光经过第二偏振分光棱镜处理后进入第三偏振分光棱镜；第五偏振光经过第二半波片的处理后，得到了与第一偏振光以及第四偏振光波长不同的第六偏振光，第六偏振光进入第三偏振分光棱镜；在第三偏振分光棱镜中第一偏振光、第四偏振光以及第六偏振光这三种不同波长的偏振光进行相互叠加与抵消，并通过图像采集模块进行拍摄处理，得到了三维定量数字全息图；在该检测系统中，由于三种不同波长的偏振光进行了叠加与抵消，所以可以精确的得到待检测物的三维定量数字全息图，且该检测系统的检测精度可以达到微米级别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种三维定量数字全息成像的检测系统的光路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种三维定量数字全息成像的检测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种三维定量数字全息成像的检测方法的部分流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种三维定量数字全息成像的检测方法的部分流程示意图；

图5为本发明实施例提供的螺栓的三维定量数字全息成像的检测示意图；

图6为图5的一个局部放大图；

图7为图5的另一个局部放大图；

图8为本发明实施例提供的螺栓的螺纹部分表面形貌卷轴实景图；

图9为本发明实施例提供的螺栓的定量参数测量结果示意图；

图10为本发明实施例提供的检测系统的操作界面示意面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

数字全息技术可以使用光电耦合器件代替全息干版，实现全场信息记录，其极限测量精度可以达到纳米级，是现今最为先进的非接触、无损测量技术；基于上述背景技术中的内容，本发明实施例结合数字全息技术与投影成像技术设计了一种三维定量数字全息成像的检测系统，该检测系统包括：激光器；激光器用于发射检测激光；位于激光器一侧的第一偏振分光棱镜；第一偏振分光棱镜用于将检测激光分为第一偏振光以及第二偏振光；第一偏振光在第一光路传播；第二偏振光在第二光路传播；第一光路包括待检测物、第二偏振分光棱镜以及第三偏振分光棱镜；第二光路包括第一半波片、极化分束镜以及第二半波片；第一半波片用于对第二偏振光进行处理并得到第三偏振光；极化分束镜用于将第三偏振光分为第四偏振光与第五偏振光；第二半波片用于对第五偏振光进行处理并得到第六偏振光；第二偏振分光棱镜用于对透过待检测物的第一偏振光进行处理，并对第四偏振光进行处理；其中，所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光的波长互不相同；第三偏振分光棱镜用于将第一偏振光、第四偏振光以及第六偏振光进行相互叠加与抵消，并通过图像采集模块进行拍摄处理，得到三维定量数字全息图。

该检测系统中，激光器发射检测激光后，第一偏振分光棱镜将检测激光分为第一偏振光与第二偏振光，透过待检测物的第一偏振光通过第二偏振分光棱镜进入第三偏振分光棱镜；第二偏振光经过第一半波片的处理后，得到了与第一偏振光波长不同的第三偏振光，第三偏振光进入了极化分束镜，极化分束镜对第三偏振光进行分束，得到了第四偏振光与第五偏振光，第四偏振光进入第二偏振分光棱镜，第四偏振光经过第二偏振分光棱镜处理后进入第三偏振分光棱镜；第五偏振光经过第二半波片的处理后，得到了与第一偏振光以及第四偏振光波长不同的第六偏振光，第六偏振光进入第三偏振分光棱镜；在第三偏振分光棱镜中第一偏振光、第四偏振光以及第六偏振光这三种不同波长的偏振光进行相互叠加与抵消，并通过图像采集模块进行拍摄处理，得到了三维定量数字全息图；在该检测系统中，由于三种不同波长的偏振光进行了叠加与抵消，所以可以精确的得到待检测物的三维定量数字全息图，且该检测系统的检测精度可以达到微米级别。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种三维定量数字全息成像的检测系统的光路结构示意图；所述检测系统包括：

激光器01；所述激光器01用于发射检测激光。

位于所述激光器01一侧的第一偏振分光棱镜02；所述第一偏振分光棱镜02用于将所述检测激光分为第一偏振光以及第二偏振光；所述第一偏振光在第一光路传播；所述第二偏振光在第二光路传播。

所述第一光路包括待检测物03、第二偏振分光棱镜04以及第三偏振分光棱镜05；所述第二光路包括第一半波片06、极化分束镜07以及第二半波片08。

所述第一半波片06用于对所述第二偏振光进行处理并得到第三偏振光。

所述极化分束镜07用于将所述第三偏振光分为第四偏振光与第五偏振光。

所述第二半波片08用于对所述第五偏振光进行处理并得到第六偏振光。

所述第二偏振分光棱镜04用于对透过所述待检测物03的所述第一偏振光进行处理，并对所述第四偏振光进行处理。

其中，所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光的波长互不相同。

所述第三偏振分光棱镜05用于将所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光进行相互叠加与抵消，并通过图像采集模块09进行拍摄处理，得到三维定量数字全息图。

具体的，激光器01是用来发射检测激光的，检测激光作为照明光源可以实现待检测物03的全场记录，在该实施例中，检测激光的波长可以为671nm，需要说明的是，波长671nm的检测激光仅仅为举例说明，该波长可以按照实际要求进行改变，不同的波长可以决定最终检测图像的精度和清晰度。

第一偏振分光棱镜02可以将激光器01发出的检测激光分为第一偏振光以及第二偏振光，在本发明实施例中第一偏振光与第二偏振光垂直。

第一偏振光在第一光路上传播，第一光路包括待检测物03、第二偏振分光棱镜04以及第三偏振分光棱镜05。

可选地，在本发明的另一实施例中，如图1所示，所述检测系统还包括：

在所述第一光路的传播路径上，依次位于所述第一偏振分光棱镜02与所述待检测物03之间的第一直角棱镜10、第一快门11、第一扩束镜12以及第一可变光圈13。

所述第一直角棱镜10用于转换所述第一偏振光的角度。

所述第一快门11用于控制所述第一偏振光的传播。

所述第一扩束镜12用于对所述第一偏振光进行扩束处理。

所述第一可变光圈13用于调节所述第一偏振光的光圈。

具体的，第一偏振光在第一光路的传播路径上，先经过第一直角棱镜10，第一直角棱镜10可以改变照射在其上的第一偏振光的角度，在本发明实施例中，第一偏振光的角度被改变了90度，从而形成了如图1所示的光路图；然后第一偏振光经过了第一快门11，第一快门11可以控制第一偏振光的传播，例如，当第一快门11打开时，第一偏振光可以透过第一快门11；第一快门11关闭时，第一偏振光不能透过第一快门11，也就是说无法进行下一步传播；除此之外还可以利用第一快门11控制第一偏振光的发射时间与间隔；在第一偏振光透过第一快门11后，经过第一扩束镜12，由于经过第一快门11的第一偏振光较小，第一扩束镜12对第一偏振光进行扩束，该检测系统的检测精度可以由第一扩束镜12进行调整，例如，第一扩束镜12将第一偏振光扩束为10μm或者1μm，此时从第一扩束镜12中射出的光斑的尺寸就为10μm或者1μm；然后第一偏振光再经过第一可变光圈13，第一可变光圈13对第一偏振光进行光圈调节，即通过第一可变光圈13形成需要大小的第一偏振光。

经过第一可变光圈13的第一偏振光照射到待检测物03，在待检测物03上进行折射与反射之后的第一偏振光继续传播到第二偏振分光棱镜04。

可选地，在本发明的另一实施例中，如图1所示，所述检测系统还包括：

位于所述第二偏振分光棱镜04与所述第三偏振分光棱镜05之间的凸透镜14。

所述凸透镜14用于对透过所述第二偏振分光棱镜04的偏振光进行聚焦。

具体的，透过第二偏振分光棱镜04的第一偏振光传播到凸透镜14，由于照射过来的第一偏振光为漫反射，所以凸透镜14对第一偏振光进行收集聚焦，从而使得第一偏振光进入到第三偏振分光棱镜05。

第二偏振光在第二光路上传播，第二光路包括第一半波片06、极化分束镜07以及第二半波片08。

可选地，在本发明的另一实施例中，如图1所示，所述检测系统还包括：

在所述第二光路的传播路径上，依次设置在所述第一偏振分光棱镜02与所述极化分束镜07之间的第二快门15、第二扩束镜16以及第二可变光圈17。

所述第二快门15用于控制所述第二偏振光的传播。

所述第二扩束镜16用于对所述第二偏振光进行扩束处理。

所述第二可变光圈17用于调节所述第二偏振光的光圈。

具体的，第二偏振光在第二光路的传播路径上，先经过第二快门15，第二快门15可以控制第二偏振光的传播，例如，当第二快门15打开时，第二偏振光可以透过第二快门15；第二快门15关闭时，第二偏振光不能透过第二快门15，也就是说无法进行下一步传播；除此之外还可以利用第二快门15控制第二偏振光的发射时间与间隔；在第二偏振光透过第二快门15后，经过第二扩束镜16，由于经过第二快门15的第二偏振光较小，第二扩束镜16对第二偏振光进行扩束，该检测系统的检测精度可以由第二扩束镜16进行调整，例如，第二扩束镜16将第二偏振光扩束为10μm或者1μm，此时从第二扩束镜16中射出的光斑的尺寸就为10μm或者1μm；然后第二偏振光再经过第二可变光圈17，第二可变光圈17对第二偏振光进行光圈调节，即通过第二可变光圈17形成需要大小的第二偏振光。

经过第二可变光圈17的第二偏振光传播到第一半波片06，第一半波片06改变第二偏振光的相位，从而射出与第二偏振光的波长不同的第三偏振光，第三偏振光在第一光路上继续传播经过极化分束镜07，极化分束镜07可以将第三偏振光进行分束，从而形成第四偏振光与第五偏振光，在本发明实施例中，第四偏振光与第五偏振光垂直，且第四偏振光传播进入第二偏振分光棱镜04，第五偏振光继续在第二光路中进行传播。

第四偏振光进入第二偏振分光棱镜04，经由第二偏振分光棱镜04折射并照射在待检测物03上，然后再经过反射再次进入第二偏振分光棱镜04，透过第二偏振分光棱镜04的第四偏振光传播到凸透镜14，由于照射过来的第四偏振光为漫反射，所以凸透镜14对第四偏振光进行收集聚焦，从而使得第四偏振光进入到第三偏振分光棱镜05。

第五偏振光在第二光路上传播进入第二半波片08，第二半波片08改变第五偏振光的相位，从而射出与第五偏振光的波长不同的第六偏振光。

可选地，在本发明的另一实施例中，如图1所示，所述检测系统还包括：

位于所述第二半波片08与所述第三偏振分光棱镜05之间的第二直角棱镜18。

所述第二直角棱镜18用于转换所述第六偏振光的角度。

具体的，第二直角棱镜18可以改变照射在其上的第六偏振光角度，在本发明实施例中，第六偏振光的角度被改变了90度，从而形成了如图1所示的光路图；被第二直角棱镜18反射的第六偏振光进入第三偏振分光棱镜05。

至此，第一偏振光、第四偏振光以及第六偏振光都进入第三偏振分光棱镜05，由于第一偏振光、第四偏振光以及第六偏振光的波长不同，从而在三偏振分光棱镜05中进行相互叠加与抵消，图像采集模块09进行拍摄处理，得到了三维定量数字全息图，需要说明的是，图像采集模块09可以为光电探测器CCD，该光电探测器CCD可以进行激光感应成像，最终提供数字化的图形。

需要说明的是，在上述实施例中，第一光路应用投影成像技术，第二光路应用数字全息技术；第一光路中射出的光线与第二光路射出的光线相互抵消或者相互叠加。

在该检测系统中，由于三种不同波长的偏振光进行了叠加与抵消，所以可以精确的得到待检测物的三维定量数字全息图，且该检测系统的检测精度可以达到微米级别。

可选地，在本发明的另一实施例中，所述检测系统还包括：

电控垂直台；所述电控垂直台用于放置所述待检测物03；所述电控垂直台包括电控转台与电控升降台。

所述电控转台用于旋转所述待检测物03；所述电控升降台用于调整所述待检测物03的位置。

具体的，电控垂直台用于放置待检测物03，其中电控转台可以旋转待检测物03，电控升降台可以调整待检测物03的垂直位置，也就是上下调整待检测物03的位置，从而使待检测物03可以被检测到全貌；需要说明的是，该检测系统有高精密度电控垂直台，可以实现微米级精度扫描。

可选地，在本发明的另一实施例中，所述检测系统还包括：

机械设备控制器，所述机械设备控制器用于控制所述检测系统的工作状态。

具体的，机械设备控制器可以控制电控垂直台以及图像采集模块09来对待检测物03进行检测；在本发明实施例中，机械设备控制器还与PC（Personal Computer）端连接，PC端会对图像采集模块09采集到的图像进行处理，从而得到待检测物03的三维定量数字全息图，并且PC端可以控制第一快门11与第二快门15的开启与关闭；该检测系统采用机械设备控制器，可以使得该检测系统完成自动检测；具体在下文中详细说明。

可选地，基于本发明上述实施例提供的三维定量数字全息成像的检测系统，在本发明的另一实施例中，还提供了一种三维定量数字全息成像的检测方法，基于上述实施例提供的检测系统实现，下面将对该检测方法进行阐述。

参考图2，图2为本发明实施例提供的一种三维定量数字全息成像的检测方法的流程示意图；所述检测方法包括：

S101：控制激光器01发射检测激光；所述检测激光被所述第一偏振分光棱镜02分为第一偏振光以及第二偏振光。

在该步骤中，控制激光器01发射检测激光之前，先对上述实施例中的检测系统进行调整，该阶段为定位阶段。

参考图3，图3为本发明实施例提供的一种三维定量数字全息成像的检测方法的部分流程示意图。

S1011：将待检测物03放置在电控垂直台，并获取所述待检测物03的参数。

在该步骤中，将待检测物03放在电控垂直台上，以便于后续的检测；获取待检测物03的参数即获取待检测物03的外观尺寸，外观尺寸确定了，根据外观尺寸就可以确定基准点和扫描路径。

S1012：控制电控垂直台处于工作状态，根据所述参数设置所述待检测物03的位置基准点。

在该步骤中，首先PC端控制第一快门11与第二快门15处于开启状态；然后机械设备控制器控制电控垂直台，其中控制电控转台旋转待检测物03；控制电控升降台调整待检测物03的垂直位置；根据获取的参数控制电控垂直台调整并设置好待检测物03的位置基准点；位置基准点设定两个，即顶部基准点与底部基准点，顶部基准点和底部基准点是待检测物03的最高点和最低点，设定位置基准点即设置扫描的极限尺寸范围；有这两个基准点可以使得该待检测物03被全面检测；最后PC端再控制第一快门11与第二快门15处于关闭状态，等待检测系统的检测。

需要说明的是，第一快门11与第二快门15主要是为了控制激光的打开与关闭；激光对操作者的眼睛有伤害，有时还会影响操作，此时就关闭快门，操作者放好待检测物03后再打开快门来进行其他工作。

需要说明的是，在该步骤中，还预先设定了电控垂直台的预定步长；电控垂直台的预定步长是固定的，可以通过待检测物03参数、需要扫描的范围和区域以及扫描的精度等计算出预定步长，预定步长的参数有上下移动距离和旋转的角度，角度可以为任意扇形；预定步长固定后，图像采集模块09拍摄的间隔时间就保持一致了，这样就可以保证在一定的距离内拍摄多张图像；选取拍摄的全部图像，再截取预定步长范围内的图像，将图像合成一张图，就是最终的三维定量数字全息图；从最终的三维定量数字全息图上面能看到待检测物03外观面貌，从而测量相关参数。

定位阶段完成后，控制激光器01发射检测激光；检测激光被第一偏振分光棱镜02分为第一偏振光以及第二偏振光；第一偏振光在第一光路传播；第二偏振光在第二光路传播；第一光路包括待检测物03、第二偏振分光棱镜04以及第三偏振分光棱镜05；第二光路包括第一半波片06、极化分束镜07以及第二半波片08；第一半波片06用于对第二偏振光进行处理并得到第三偏振光；极化分束镜07用于将第三偏振光分为第四偏振光与第五偏振光；第二半波片08用于对第五偏振光进行处理并得到第六偏振光；第二偏振分光棱镜04用于对透过待检测物03的第一偏振光进行处理，并对第四偏振光进行处理；其中，所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光的波长互不相同；第三偏振分光棱镜05用于将第一偏振光、第四偏振光以及第六偏振光进行相互叠加与抵消。

S102：控制图像采集模块09处于工作状态进行拍摄处理，得到三维定量数字全息图。

在该步骤中，控制图像采集模块09处于工作状态进行拍摄处理，即为采集阶段。

参考图4，图4为本发明实施例提供的一种三维定量数字全息成像的检测方法的部分流程示意图。

S1021：控制图像采集模块09拍摄并保存图像；控制电控垂直台的电控转台旋转所述预定步长。

在该步骤中，先控制电控垂直台对焦，然后控制图像采集模块09拍摄并保存图像，电控垂直台包括电控转台与电控升降台，电控转台可以旋转，电控升降台可以上下移动，当待检测物03放置在电控垂直台上时，待检测物03可以随之进行移动。

先控制电控转台旋转预定步长，图像采集模块09按照预定步长来在固定的时间内拍摄图像。

S1022：判断所述待检测物03是否旋转一周；若否，则执行步骤S1021，若是，则执行步骤S1023。

在该步骤中，判断待检测物03是否旋转了一周，也就是说，同一平面上待检测物03是否都被拍摄到，如果没有完全拍摄到，就继续控制电控转台旋转预定步长，图像采集模块09按照预定步长来在固定的时间内拍摄；如果是，就进行下一步骤。

S1023：判断是否遍历所述待检测物03的高度，若否，则执行步骤S1024，若是，则执行步骤S1025；

S1024：控制电控垂直台的电控升降台移动所述预定步长，并继续执行步骤S1021。

S1025：控制电控垂直台复位，完成采集。

在该步骤中，判断是否遍历所述待检测物03的高度，也就是说，在垂直方向上待检测物03是否都被拍摄到，如果没有完全拍摄到，就进行S1024步骤，让电控升降台移动所述预定步长，然后继续执行S1021步骤，图像采集模块09按照预定步长来在固定的时间内拍摄；如果是，就进行S1025步骤，控制电控垂直台复位，完成采集。

图像采集模块09选取拍摄的全部图像，再截取预定步长范围内的图像，将图像合成一张图，就得到了三维定量数字全息图；从三维定量数字全息图上面能看到待检测物03外观面貌，从而测量相关参数。

在本发明实施例中，还提供了一个螺栓的三维定量数字全息成像检测结果，参考图5，图5为本发明实施例提供的螺栓的三维定量数字全息成像的检测示意图；参考图6，图6为图5的一个局部放大图；参考图7，图7为图5的另一个局部放大图。

在该图5中，采用该三维定量数字全息成像的检测系统，实现了真正的螺栓三维形貌成像，准确再现螺栓表面的每一个微小细节，快速实现各项参数测量，图6所示与图7所示的局部放大图可以进一步进行细节测量。

采用数字模拟图能清晰看到螺栓的各部的工程力学分布，在某些领域需要进一步做实景图，对三维扫描的实景图进行卷轴展开，参考图8，图8为本发明实施例提供的螺栓的螺纹部分表面形貌卷轴实景图；其能清晰达到10μm级别，甚至1μm级别的超精度图像，为检测带来革命性的技术创新。

参考图9，图9为本发明实施例提供的螺栓的定量参数测量结果示意图；其准确再现了螺栓各部分尺寸，例如，在螺栓的第一个位置的角度θ1=46.8887°，在螺栓的第二个位置的角度θ2=89.4431°。

参考图10，图10为本发明实施例提供的检测系统的操作界面示意图；该操作界面中的图像由机械设备控制器控制图像采集模块09采集，机械设备控制器控制图像采集模块09可以简化操作流程，在本发明实施例中，该图像采集模块09的操作界面精简，无需特别培训即可完成全部操作，真正实现快速成像。

本发明实施例基于数字全息技术与投影成像技术，实现了高精度螺栓三维形貌成像与结构参数测量，不仅能精确测量螺栓上的每一个缺陷的尺寸和外观，而且测量的精度可以满足航空航天高精度测量的要求。

以上对本发明所提供的一种三维定量数字全息成像的检测系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种三维定量数字全息成像的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：

激光器；所述激光器用于发射检测激光；

位于所述激光器一侧的第一偏振分光棱镜；所述第一偏振分光棱镜用于将所述检测激光分为第一偏振光以及第二偏振光；所述第一偏振光在第一光路传播；所述第二偏振光在第二光路传播；

所述第一光路包括待检测物、第二偏振分光棱镜以及第三偏振分光棱镜；所述第二光路包括第一半波片、极化分束镜以及第二半波片；

所述第一半波片用于对所述第二偏振光进行处理并得到第三偏振光；

所述极化分束镜用于将所述第三偏振光分为第四偏振光与第五偏振光；

所述第二半波片用于对所述第五偏振光进行处理并得到第六偏振光；

所述第二偏振分光棱镜用于对透过所述待检测物的所述第一偏振光进行处理，并对所述第四偏振光进行处理；

其中，所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光的波长互不相同；

所述第三偏振分光棱镜用于将所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光进行相互叠加与抵消，并通过图像采集模块进行拍摄处理，得到三维定量数字全息图。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

在所述第一光路的传播路径上，依次位于所述第一偏振分光棱镜与所述待检测物之间的第一直角棱镜、第一快门、第一扩束镜以及第一可变光圈；

所述第一直角棱镜用于转换所述第一偏振光的角度；

所述第一快门用于控制所述第一偏振光的传播；

所述第一扩束镜用于对所述第一偏振光进行扩束处理；

所述第一可变光圈用于调节所述第一偏振光的光圈。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

位于所述第二偏振分光棱镜与所述第三偏振分光棱镜之间的凸透镜；

所述凸透镜用于对透过所述第二偏振分光棱镜的偏振光进行聚焦。

4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

在所述第二光路的传播路径上，依次设置在所述第一偏振分光棱镜与所述极化分束镜之间的第二快门、第二扩束镜以及第二可变光圈；

所述第二快门用于控制所述第二偏振光的传播；

所述第二扩束镜用于对所述第二偏振光进行扩束处理；

所述第二可变光圈用于调节所述第二偏振光的光圈。

5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

位于所述第二半波片与所述第三偏振分光棱镜之间的第二直角棱镜；

所述第二直角棱镜用于转换所述第六偏振光的角度。

6.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

电控垂直台；所述电控垂直台用于放置所述待检测物；

所述电控垂直台包括电控转台与电控升降台；

所述电控转台用于旋转所述待检测物；所述电控升降台用于调整所述待检测物的位置。

7.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

机械设备控制器，所述机械设备控制器用于控制所述检测系统的工作状态。

8.一种三维定量数字全息成像的检测方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的检测系统，所述检测方法包括：

控制激光器发射检测激光，所述检测激光被所述第一偏振分光棱镜分为第一偏振光以及第二偏振光；所述第一偏振光在第一光路传播；所述第二偏振光在第二光路传播；所述第一光路包括待检测物、第二偏振分光棱镜以及第三偏振分光棱镜；所述第二光路包括第一半波片、极化分束镜以及第二半波片；所述第一半波片用于对所述第二偏振光进行处理并得到第三偏振光；所述极化分束镜用于将所述第三偏振光分为第四偏振光与第五偏振光；所述第二半波片用于对所述第五偏振光进行处理并得到第六偏振光；所述第二偏振分光棱镜用于对透过所述待检测物的所述第一偏振光进行处理，并对所述第四偏振光进行处理；其中，所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光的波长互不相同；所述第三偏振分光棱镜用于将所述第一偏振光、所述第四偏振光以及所述第六偏振光进行相互叠加与抵消；

控制图像采集模块处于工作状态进行拍摄处理，得到三维定量数字全息图。

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