CN200982855Y - 相移影像云纹栅等高线测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种相移影像云纹栅等高线测量仪，包括基座、设于基座上的栅板、设于基座上且位于所述栅板前方的光源和成像设备，所述测量仪还包括一相移平动机构和一计算机；所述相移平动机构设于所述栅板后方，其包括一相移器和与所述相移器固定且同步移动的精密平动台，所述精密平动台用于承载被测物体，所述相移器接收一控制电压以推动所述精密平动台相对所述栅板平动；所述计算机与所述成像设备和所述相移器电连接，计算机输出所述控制电压控制所述相移器的推动，并配合所述相移器的推动从所述成像设备采集干涉相应的图像。本实用新型将自动相移法引入到影像云纹仪中，提高测量的精度，实现和测量的自动化和全场数字化。

Description

相移影像云纹栅等高线测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种三维光学测量仪器，尤其涉及一种相移影像云纹栅等高线测量仪。

背景技术

三维形貌测量在工程中应用十分广泛。应用影像云纹法测量三维形貌既可以直观的判别被测物的外形，如检查对称性、缺陷检测等，还能得到实际的三维尺寸。这对于进行模型设计、现场测试的工程技术人员来说很重要。这种典型的光学无损检测方法广泛应用在制造业、医学、电子等行业。

影像云纹仪的光路简单，图1是一种现有的影像云纹仪的结构示意图，在曲面物体表面10的前方放置一块参考栅11，利用点光源从S发出的光照射参考栅11，将其上一组平行相间的栅线投影到试件表面上，形成一个变形栅。从照相机K的位置观察曲面10，这个变形栅与物体前方的参考栅11相互干涉，形成云纹条纹。该条纹反映的是曲面10上各点离开参考栅11的相对距离，所有离开参考栅距离相等的点落在同一级条纹上，形成等高线。曲面10上的点与参考栅11的距离可以通过下面的方法计算：

图1中，设参考栅11栅线的节距为p，OB段包含有a个栅节距，OD段包含有b个栅节距，即OB＝ap，OD＝bp，则BD＝OD-OB＝(b-a)p＝Np，设曲面10上一点E(x，y)与参考栅11的距离为w，由图1可以得到：

BD＝w(tanα+tanβ)

因此

$w=\frac{\mathrm{Np}}{\tan \mathrm{\α}+\tan \mathrm{\β}}$

上式中N＝b-a是各级条纹的级数，可以从云纹图中读出；α和β分别是光源S和照相机K与栅线法向的夹角。

再由图1的几何关系可以得到：

$w=\frac{\mathrm{Np}}{\frac{x}{z+w}+\frac{d-x}{z+w}}=\frac{\mathrm{Np}(z+w)}{d}$

从而解得

$w=\frac{\mathrm{Np}}{\frac{d}{z}-\frac{\mathrm{Np}}{z}}=\frac{\mathrm{Npz}}{d-\mathrm{Np}}$

其中z是参考栅11与光源S的距离，d是光源S和照相机K的距离。

上述的参考栅11的栅线是预先刻画在玻璃或其他透明介质(即参考栅11)上的直线条纹，栅线的密度决定了测量的灵敏度。理论上讲在相同工作条件下，栅线密度越大，测量的灵敏度越高，但是空间分辨率却越低(即栅线太细而分辨不清)，所以要根据试件的尺寸选择合适密度的参考栅。

目前的这种影像云纹仪仍旧采用十分传统的测量方式，通过照相机K获得条纹，然后通过肉眼对整数级的条纹进行判读，不但测量过程繁琐，且精度受到很大限制；其次，采用单色性差的卤素白光灯加聚光镜作为光源，调节困难，有少量重影；再次，一台影像云纹仪固定一个参考栅，只能进行一种灵敏度的测量，对于不同试件(主要是体积大小)需要不同的影像云纹仪，使用极为不便。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种相移影像云纹栅等高线测量仪，它将自动相移法引入到影像云纹仪中，提高测量的精度，实现和测量的自动化和全场数字化。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种相移影像云纹栅等高线测量仪，包括基座、设于基座上的栅板、设于基座上且位于所述栅板前方的光源和成像设备，所述测量仪还包括一相移平动机构和一计算机；所述相移平动机构设于所述栅板后方，其包括一相移器和与所述相移器固定且同步移动的精密平动台，所述精密平动台用于承载被测物体，所述相移器接收一控制电压以推动所述精密平动台相对所述栅板平动；所述计算机与所述成像设备和所述相移器电连接，计算机输出所述控制电压控制所述相移器的推动，并配合所述相移器的推动从所述成像设备采集干涉相应的图像。

所述的相移影像云纹栅等高线测量仪中，所述光源是激光光源。

所述的相移影像云纹栅等高线测量仪中，所述测量仪可更换不同栅线密度的所述栅板。

所述的相移影像云纹栅等高线测量仪中，所述相移器为压电陶瓷相移器。

所述的相移影像云纹栅等高线测量仪中，所述成像设备由数码相机或CCD摄像头构成。

本实用新型还提供一种相移影像云纹栅等高线测量仪，包括基座、栅板、设于基座上且位于所述栅板前方的光源和成像设备，其中所述测量仪还包括一相移平动机构和一计算机；所述相移平动机构设于所述栅板下方，其包括一相移器和与所述相移器固定且同步移动的精密平动台，所述精密平动台用于承载所述栅板，所述相移器接收一控制电压以推动所述精密平动台相对被测物体平动；所述计算机与所述成像设备和所述相移器连接，计算机输出所述控制电压控制所述相移器的推动，并配合所述相移器的推动从所述成像设备采集相应的干涉图像。

所述的相移影像云纹栅等高线测量仪中，所述光源是激光光源。

所述的相移影像云纹栅等高线测量仪中，所述测量仪可更换不同栅线密度的所述栅板。

所述的相移影像云纹栅等高线测量仪中，所述相移器为压电陶瓷相移器。

所述的相移影像云纹栅等高线测量仪中，所述成像设备由数码相机或CCD摄像头构成。

本实用新型由于采用上述技术方案，使之与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.通过相移器驱动高精密的平动台实现时间相移的自动化控制，从而使得条纹能数字化输出；

2.采用数码相机或CCD摄像头直接将得到的图像输入到计算机中，并可参照计算机屏幕上的图像采集效果进行实时动态调节，从而可以用图像软件进行数字图像处理和分析，获得精确的结果；

3.通过更换不同栅线密度的栅板，使得测量仪的灵敏度能在一定范围调节；

4.采用单色性好的激光光源技术，使得条纹对比度好。

本实用新型为工程结构现场的测量和非破坏性检查提供简单、小巧的仪器，具有非接触、高灵敏度、不用暗房和显定影湿处理，甚至可直接用于现场，便于后处理。充分体现计算机图像处理技术在光干涉中的作用。

附图说明

以下结合附图和具体实施例说明本实用新型的特征和优点，其中：

图1是一种已有的影像云纹仪的结构示意图。

图2是本实用新型的相移影像云纹栅等高线测量仪一个实施例的正视图；

图3是图2所示相移影像云纹栅等高线测量仪的俯视图；

图4是本实用新型的相移影像云纹栅等高线测量仪另一个实施例的正视图。

具体实施方式

请结合图3参阅图2所示，本实用新型一个实施例的一种相移影像云纹栅等高线测量仪20，包括基座21、设于基座上的栅板22、光源23、成像设备24、相移平动机构25、以及一计算机26。

光源23和成像设备24均位于栅板22前方(即正x方向)，其中光源23较佳地采用激光器，由于激光的单色性好，可以获得对比度较好的干涉条纹。光源23的出射光路上设有一过半球扩束镜27，以将光束扩束成面积较大的光场照射在栅板22上。成像设备24采用数码相机或CCD摄像头等数字化成像设备，以便直接输出可供计算机识别的图像数据。

栅板22与基座21之间为可分离结构，例如栅板22可设于一支架上，再由支架固定于基座21上，根据灵敏度要求，栅板22可以选择栅线密度在0.5线/mm～20线/mm的栅板。

相移平动机构25设于栅板22后方。相移平动机构25包括一相移器251和与之固定且同步移动的精密平动台252。精密平动台252为双层平动机构，其下层252a固定在基座21上，其上层252b置于下层252a之上，用于承载被测物体3。相移器251由压电陶瓷PZT构成，在控制电压的作用下，压电陶瓷可精密伸长，以推动精密平动台252的上层沿x方向平动。

计算机26与成像设备24和相移器251电连接，作为控制部件，计算机26输出控制电压给相移器251，使相移器251精密伸长，推动精密平动台的上层252b平动，同时计算机26配合相移器251的推动，控制成像设备24的采集频率及采样数，且从成像设备24采集相应的干涉图像。按照自动相移法的要求，计算机26四次输出具有相同电压差的控制电压，驱动相移器251等间隔地微小移动四次，从而使被测物体3也相应移动了四次。计算机26采集这四次干涉图像，即四幅相移图，由计算机内的图像处理软件计算可以得到位相，并进一步将位相转换成位移(等高线)，从而实现数字化测量过程。

在上述实施例中，虽然相移平动机构25用于承载被测物体3并推动其平移，但是其目的是为了使被测物体3与栅板22有相对移动，在图4所示的另一个实施例中，相移平动机构25也可以用来推动栅板，使之相对被测物体3移动。如图4所示，本实用新型另一实施例的相移影像云纹栅等高线测量仪20同样包括基座21、设于基座上的栅板22、光源23、成像设备24、相移平动机构25、以及一计算机26。与图2所示实施例不同的是，相移平动机构25设于栅板22下方，相移平动机构25的精密平动台252用于承载栅板22，相移器251则接收计算机26输出的控制电压以推动精密平动台252相对被测物体平动。

图4所示实施例的其他结构与图2所示实施例相同，因此不再赘述。

以上栅板22的支架、光源23、成像设备24、相移平动机构25均有螺钉固定在基座21上，并根据实际情况，为了防尘、降噪等，在整体仪器上设置防尘罩(图未示)。

以上的实施例说明仅为本实用新型的较佳实施例说明，本领域技术人员可依据本实用新型的上述实施例说明而作出其它种种等效的替换及修改。然而这些依据本实用新型实施例所作的种种等效替换及修改，属于本实用新型的发明精神及由权利要求所界定的专利范围内。

Claims (10)

1.一种相移影像云纹栅等高线测量仪，包括基座、设于基座上的栅板、设于基座上且位于所述栅板前方的光源和成像设备，其特征在于，所述测量仪还包括一相移平动机构和一计算机；

所述相移平动机构设于所述栅板后方，其包括一相移器和与所述相移器固定且同步移动的精密平动台，所述精密平动台用于承载被测物体，所述相移器接收一控制电压以推动所述精密平动台相对所述栅板平动；

所述计算机与所述成像设备和所述相移器电连接，计算机输出所述控制电压控制所述相移器的推动，并配合所述相移器的推动从所述成像设备采集干涉相应的图像。

2.如权利要求1所述的相移影像云纹栅等高线测量仪，其特征在于，所述光源是激光光源。

3.如权利要求1所述的相移影像云纹栅等高线测量仪，其特征在于，所述测量仪可更换不同栅线密度的所述栅板。

4.如权利要求1所述的相移影像云纹栅等高线测量仪，其特征在于，所述相移器为压电陶瓷相移器。

5.如权利要求1所述的相移影像云纹栅等高线测量仪，其特征在于，所述成像设备由数码相机或CCD摄像头构成。

6.一种相移影像云纹栅等高线测量仪，包括基座、栅板、设于基座上且位于所述栅板前方的光源和成像设备，其特征在于，所述测量仪还包括一相移平动机构和一计算机；

所述相移平动机构设于所述栅板下方，其包括一相移器和与所述相移器固定且同步移动的精密平动台，所述精密平动台用于承载所述栅板，所述相移器接收一控制电压以推动所述精密平动台相对被测物体平动；

所述计算机与所述成像设备和所述相移器连接，计算机输出所述控制电压控制所述相移器的推动，并配合所述相移器的推动从所述成像设备采集相应的干涉图像。

7.如权利要求6所述的相移影像云纹栅等高线测量仪，其特征在于，所述光源是激光光源。

8.如权利要求6所述的相移影像云纹栅等高线测量仪，其特征在于，所述测量仪可更换不同栅线密度的所述栅板。

9.如权利要求6所述的相移影像云纹栅等高线测量仪，其特征在于，所述相移器为压电陶瓷相移器。

10.如权利要求6所述的相移影像云纹栅等高线测量仪，其特征在于，所述成像设备由数码相机或CCD摄像头构成。

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