CN116538936A - 一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法 - Google Patents
一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116538936A CN116538936A CN202310564396.1A CN202310564396A CN116538936A CN 116538936 A CN116538936 A CN 116538936A CN 202310564396 A CN202310564396 A CN 202310564396A CN 116538936 A CN116538936 A CN 116538936A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- light source
- cylindrical lens
- grating
- speckle
- 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
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0608—Height gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/306—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
- Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法。不同波长的光源从不同角度发光，通过光强控制器对出射光强调制，获得不同光强的光斑，入射到合光元件上，合光后生成多波长光斑；多波长光斑投射在柱面镜组上，经柱面镜整形后，在基准距离处投射出散斑较低的线激光，线激光经成像系统成像后被探测器所接收，得到被测物表面图像。本发明采用光强控制器自适应调节方法，解决了由于被测物表面粗糙产生较大散斑的问题，并可适应不同被测物体表面，达到最优的去散斑效果，有效提高了线激光三角测量仪器的测量精度，降低了测量的不确定度。
Description
技术领域
本发明涉及一种自适应调节高精度测量方法，特别涉及一种基于合光元件合光的多波长低散斑激光三角测量方法。
背景技术
不确定度作为激光三角测量仪器的一个重要指标，反应了仪器多次测量时的稳定程度。在线激光三角测量仪器中，散斑现象作为仪器测量不确定度的影响因素之一，限制了仪器的理论测量不确定度。因此，对于激光三角测量仪器中被测物表面的散斑现象进行抑制，能够大大降低仪器的测量不确定度，提高测量精度。中国发明专利CN 113934012 A提出了一种基于角度多样性的空间分布紧凑型散斑抑制装置，其设置在激光光源之后，包括：平行且间隔设置的两块立体反射板，用于激光光束的定向高效反射；旋转取光装置，用于实现激光光束的时序选择及空间分离；支撑装置，用于固定立体反射板并带动旋转取光装置旋转；光束汇聚装置，用于将空间分离光束进行汇聚及时序叠加，可完成对光束的空间分离及时序叠加，基于角度多样性原理，高效实现激光散斑的抑制；但该装置体积较大，不利于集成到三角测量系统中。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，利用合光元件将不同波长的光束汇合在一起，经柱面镜整形后，入射在被测物体上的线光斑由多波长调制而形成较小的散斑，提供一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法，能有效提高测量精度，降低测量不确定度。
实现本发明目的的技术方案是提供提供一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法，包括如下步骤：
(1)波长不同的窄带宽光源包括第一光源、第二光源，第三光源，它们的波长依次对应为λ1、λ2和λ3，满足条件λ2＝405nm，λ1-λ2≥λ2 2/2h，λ3-λ2≥λ2 2/2h，h为被测物体表面平均高度；第一光源和第三光源发出的光分别进入第一光强控制器和第二光强控制器；
(2)第一次测量时，两个光强控制器先不对第一光源、第三光源发出的光进行控制，执行以下步骤(3)～(4)；而后的测量，控制光强控制器对第一光源、第三光源的光强进行调节，执行以下步骤；
(3)三个光源的出射光沿不同角度入射在合光元件上，并将不同波长的光斑合光，同一方向发出，投射到柱面镜组上，经整形后，在基准距离面的位置形成低散斑平行线光斑；
所述合光元件为光栅，第一光源的出射光与光栅表面法线夹角为α1，第二光源的出射光与光栅表面法线夹角为α2，第三光源的出射光与光栅表面法线夹角为α3，满足条件m为光栅级次，d为光栅槽间距，β为经光栅合光后的出射光线与光栅表面法线夹角；
所述柱面镜组包括第一柱面镜、第二柱面镜和第三柱面镜，依次设置于光栅合光后的出射光线方向上，其中，第一柱面镜和第三柱面镜的母线方向为水平方向，第二柱面镜母线方向与第一柱面镜母线方向垂直，第一柱面镜母线方向和第二柱面镜母线方向与入射光线方向满足左手定律；
(4)线光斑投射在被测物体上，被测物体表面的散射光经成像系统成像于探测器上，得到低散斑的图像；探测器输出信号至信号处理单元，对探测器上得到的图像进行散斑对比度计算；
(5)重复步骤(2)～(4)，以探测器上得到的图像中最低散斑对比度为自适应测量结果输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的高精度激光三角测量方法，基于多波长融合减弱散斑原理，通过合光元件将不同波长的光合光，形成含有多波长的光斑，通过减小散斑干扰的方法，提高三角测量仪器测量的测量精度，降低测量不确定度。
2.通过光强控制器自适应调节不同光源入射在合光元件上的强度方法，能满足不同测量表面的需求。
附图说明
图1是本发明提供的一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法的工作流程图；
图2是激光三角测量仪器的测量原理示意图；
图3、4分别是基于反射光栅合光和透射光栅合光的多波长照明系统示意图；
图5、6分别是基于反射光栅和透射光栅的合光原理图。
图中，1.第一光源；2.第二光源；3.第三光源；4.第一光强控制器；5.第二光强控制器；6.光栅；7.第一柱面镜；8.第二柱面镜；9.第三柱面镜；10.被测面；11.光源；12.照明系统；13.成像透镜；14.探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步阐述。
实施例1
参见附图1，为本实施例提供的一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法的工作流程图，包括如下步骤
1.波长不同的窄带宽激光器1为第一光源、激光器2为第二光源，激光器3为第三光源，其中，激光器1和激光器3发出的光线分别经光强控制器1和光强控制器2；
2.开始测量时，两个光强控制器先不对第一光源、第三光源发出的光线进行控制，直接执行以下步骤3、4；而后，控制两个光强控制器对第一光源、第三光源的光强进行调节，执行以下步骤；
3.三束光线沿不同角度入射在分光(合光)元件上，将不同波长的光斑合光，沿同一方向发出，投射到柱面镜上，经整形后，在基准距离面的位置形成低散斑平行线光斑；
4.线光斑投射在被测物体上，被测物体表面的散射光经成像系统后成像在探测器上，得到低散斑的图像；探测器输出信号至信号处理单元，对探测器上得到的图像进行散斑对比度计算；
5.重复步骤2、3、4，直至探测器上图像的散斑对比度为最低时，输出自适应测量结果。
参见附图2，为本实施例提供的三角测量仪器光学系统的结构示意图：光源11发出的光斑经过照明系统12后投射在被测物面10上，被测物体表面散射或散射的光经成像系统13成像在探测器14上，探测器输出信号至信号处理单元
参见附图3、4，分别为本实施例提供的基于反射光栅和透射光栅合光的多波长照明系统的结构示意图；光源包括三个波长不同的窄带光源，分别为第一光源1、第二光源2和第三光源3，它们的波长依次对应为λ1、λ2和λ3；光强控制器包括两个相同的光强控制器，分别对入射光强进行控制，第一光源的出射光入射至第一光强控制器4，第三光源的出射光入射至第二光强控制器5；合光元件为光栅6，本实施例采用反射光栅或透射光栅，柱面镜组包括第一柱面镜7、第二柱面镜8和第三柱面镜9，设置于光栅合光后的出射光线方向，其中，第一柱面镜和第三柱面镜的母线方向为水平方向，第二柱面镜母线方向与第一柱面镜的母线方向垂直，第一柱面镜的母线方向和第二柱面镜的母线方向与入射光线方向满足左手定律；经基于反射光栅合光的多波长照明系统投射在被测物面10上。成像透镜的光轴与反射光栅合光后的出射方向成35°夹角。
本实施例采用的光源为三个二极管光源，分别为第一光源、第二光源和第三光源，它们从不同方向入射在反射光栅的相同级次m上，它们的波长依次对应为λ1、λ2和λ3，满足条件λ2＝405nm，λ1-λ2≥λ2 2/2h，λ3-λ2≥λ2 2/2h，h为被测物体表面平均高度光源波长λ2、λ3应满足关系式λ2-λ1≥λ1/h，λ3-λ1≥λ1/h，h为被测物体表面粗糙度。
参见附图5，为反射光栅合光原理图，根据光栅衍射原理d(sinα-sinβ)＝mλ，经第一光强控制器调控后的第一光源1与反射光栅表面法线夹角为α1，第二光源2的出射光与反射光栅表面法线夹角为α2，经第二光强控制器调控后的第三光源3与反射光栅表面法线夹角为α3，当三个激光器入射角满足条件三个入射光经反射光栅后获得相同的出射角，因此完成了不同波长光斑的合光；m为光栅级次，d为光栅槽间距，β为经光栅合光后的出射光线与光栅表面法线夹角。
参见附图6，为透射光栅合光原理图，根据光栅衍射原理：dsinα＝mλ，当三个激光器的出射光1、2、3的入射角满足时，满足上述关系式的三个入射光经透射光栅后会有相同的出射角，完成了不同波长光斑的合光。
Claims (1)
1.一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)波长不同的窄带宽光源包括第一光源(1)、第二光源(2)，第三光源(3)，它们的波长依次对应为λ1、λ2和λ3，满足条件λ2＝405nm，λ1-λ2≥λ2 2/2h，λ3-λ2≥λ2 2/2h，h为被测物体表面平均高度；第一光源和第三光源发出的光分别进入第一光强控制器(4)和第二光强控制器(5)；
(2)第一次测量时，两个光强控制器先不对第一光源、第三光源发出的光进行控制，执行以下步骤(3)～(4)；而后的测量，控制光强控制器对第一光源、第三光源的光强进行调节，执行以下步骤；
(3)三个光源的出射光沿不同角度入射在合光元件上，并将不同波长的光斑合光，同一方向发出，投射到柱面镜组上，经整形后，在基准距离面的位置形成低散斑平行线光斑；
所述合光元件为光栅(6)，第一光源的出射光与光栅表面法线夹角为α1，第二光源的出射光与光栅表面法线夹角为α2，第三光源的出射光与光栅表面法线夹角为α3，满足条件m为光栅级次，d为光栅槽间距，β为经光栅合光后的出射光线与光栅表面法线夹角；
所述柱面镜组包括第一柱面镜(7)、第二柱面镜(8)和第三柱面镜(9)，依次设置于光栅合光后的出射光线方向上，其中，第一柱面镜和第三柱面镜的母线方向为水平方向，第二柱面镜母线方向与第一柱面镜母线方向垂直，第一柱面镜母线方向和第二柱面镜母线方向与入射光线方向满足左手定律；
(4)线光斑投射在被测物体(10)上，被测物体表面的散射光经成像系统(13)成像于探测器(14)上，得到低散斑的图像；探测器输出信号至信号处理单元，对探测器上得到的图像进行散斑对比度计算；
(5)重复步骤(2)～(4)，以探测器上得到的图像中最低散斑对比度为自适应测量结果输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310564396.1A CN116538936A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310564396.1A CN116538936A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116538936A true CN116538936A (zh) | 2023-08-04 |
Family
ID=87450445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310564396.1A Pending CN116538936A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116538936A (zh) |
-
2023
- 2023-05-18 CN CN202310564396.1A patent/CN116538936A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100389017B1 (ko) | 모아레무늬 발생기를 적용한 위상천이 영사식 모아레방법및 장치 | |
| US9874637B2 (en) | Illumination optical system and 3D image acquisition apparatus including the same | |
| JP6026084B2 (ja) | 光学位置測定装置 | |
| US20160265906A1 (en) | Object detection device | |
| CN110196023B (zh) | 一种双变焦结构光深度相机及变焦方法 | |
| GB2078944A (en) | Non-contact measurement of surface profile | |
| US9448490B2 (en) | EUV lithography system | |
| CN110174075B (zh) | 一种单变焦结构光深度相机及变焦方法 | |
| JP2005532544A (ja) | レーザ較正装置 | |
| CN110780452B (zh) | 衍射光斑图案可调的衍射光学组件、投影装置、衍射方法 | |
| US8947674B2 (en) | Surface profile measuring apparatus and method | |
| EP1394507A2 (en) | Beam splitter and laser marking apparatus | |
| CN116538936A (zh) | 一种抑制散斑的自适应调节激光三角测量方法 | |
| US20020027594A1 (en) | Parallel-processing, optical distance-measuring device | |
| CN210488147U (zh) | 消激光散斑装置及扫描投影设备 | |
| JP2003065739A (ja) | ポリゴンミラー角度計測装置 | |
| WO2015031858A2 (en) | Eight wave corner cube retarder for laser radar | |
| CN220187644U (zh) | 一种低散斑激光三角测量系统 | |
| JPH0914935A (ja) | ３次元物体の測定装置 | |
| CN111220094B (zh) | 一种基于光电自准直仪的三维姿态测量方法 | |
| RU2606805C1 (ru) | Устройство для линейного перемещения объекта с нанометровой точностью в большом диапазоне возможных перемещений | |
| JP2002286409A (ja) | 干渉計装置 | |
| CN209803549U (zh) | 一种结构光投影模组 | |
| CN109764963B (zh) | 一种棱镜型空间外差光谱仪基准波长设置及调试方法 | |
| CN112099121A (zh) | 基于4f系统的扫描干涉光刻系统 |
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 |