CN203518958U

CN203518958U - 基于数字微镜器件的跨尺度测量装置

Info

Publication number: CN203518958U
Application number: CN201320526953.2U
Authority: CN
Inventors: 余卿; 崔长彩; 叶瑞芳; 范伟
Original assignee: Huaqiao University
Current assignee: Huaqiao University
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2023-08-28

Abstract

本实用新型公开了一种基于数字微镜器件的跨尺度测量装置，其包括激光光源、准直镜、DMD及其控制系统、第一凸透镜、分光镜、第二凸透镜、第三凸透镜和CCD相机，准直镜的出射方向与DMD的表面的夹角为锐角，沿DMD的出射方向依次设置第一凸透镜和分光镜，分光镜的反射方向沿光路依次放置第二凸透镜和位于第二凸透镜焦点附近的被测物，分光镜的反射方向的相反方向沿光路依次放置第三凸透镜和位于第三凸透镜焦点附近的CCD相机；各凸透镜相应侧的焦点均落于分光镜上。本实用新型利用DMD构建不同参数特征的结构光，并将其应用于材料表面形貌测量，可根据测量需要，方便、快捷、准确地控制由DMD反射后的光源的参数及其扫描方式，从而完成不同尺度的表面形貌测量要求。

Description

基于数字微镜器件的跨尺度测量装置

技术领域

本实用新型涉及应用于三维形貌检测的测量装置，具体涉及一种基于数字微镜器件的跨尺度测量装置。

背景技术

目前材料表面跨尺度测量方法主要有：多种传感测头融合的综合测量平台，图像处理方法以及数学建模共同实现的软件跨尺度测量等。前者在测头装配和拆卸、不同分辨率测量传感器之间的衔接与过渡等方面存在着不足，后者通常建模较复杂，对于不同材料或不同加工方式得到的表面形貌，往往需要重新建模，增加了形貌表征的难度。

实用新型内容

本实用新型的目的是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于数字微镜器件的跨尺度测量装置，其无需对测量系统的硬件参数做任何改变便可满足不同尺度下的测量需求。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于数字微镜器件的跨尺度测量装置，包括激光光源、准直镜、DMD（数字微镜器件）及其控制系统、第一凸透镜、分光镜、第二凸透镜、第三凸透镜和CCD相机，准直镜与激光光源发光的光束共光轴，准直镜的出射方向与DMD的表面的夹角大于0°且小于90°，沿DMD的第一出射方向依次设置第一凸透镜和分光镜，分光镜的反射方向沿光路依次放置第二凸透镜和被测物，分光镜的反射方向的相反方向沿光路依次放置第三凸透镜和CCD相机；其中，DMD的反射面位于准直镜和第一凸透镜的光轴上，第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜相应侧的焦点均落于分光镜上，被测物放置于第二凸透镜的另一侧焦点附近，CCD相机放置于第三凸透镜的另一侧焦点附近。

还包括放置于DMD的第二出射方向的另一CCD相机。

采用上这方案后，本实用新型的基于数字微镜器件的跨尺度测量装置，工作时，激光光源发出的光束经准直镜准直后，照射在DMD表面，利用DMD的控制系统将此光束调制成所需参数特征的第一结构光，此第一结构光由DMD的第一出射方向射出，先经过第一凸透镜进行聚光，再由分光镜转向90°至第二凸透镜进行聚光，再照射在被测物表面，经被测物表面反射后，再依次通过第二凸透镜、分光镜和第三凸透镜，最后被CCD相机接收，通过CCD相机将光信号转成电信号，完成对被测物表面的测量。

本实用新型还可通过DMD的控制系统将光束调制成不同参数特征的两束结构光，一束为上述第一结构光，另一束为第二结构光，此两束结构光在空间中形成互补；第二结构光由另一台CCD相机接收，两台CCD相机的电信号做叠加，以消除背景噪声。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型利用DMD（数字微镜器件）及其控制系统构建所需参数特征的结构光，并将其应用于材料表面形貌测量，DMD可以通过其控制系统的软件编程实现对光线分束后点光源阵列的各个参数的控制，包括点大小、点间距等，无需对测量系统硬件做任何变动，仅通过DMD的控制系统的软件编程实现对光源的控制，可根据测量需要，方便、快捷、准确地控制光源的参数及扫描方式，从而完成不同尺度的表面形貌测量要求。

附图说明

图1为本实用新型的光路结构图。

图中标号：

1-激光光源；2-准直镜；3-数字微镜器件（DMD）；31-DMD的控制系统；5-结构光；6-结构光；7-CCD相机；8-第一凸透镜；9-分光镜；10-第二凸透镜；11-工作台；12-被测物；13-第三凸透镜；14-CCD相机

具体实施方式

本实用新型基于数字微镜器件的跨尺度测量装置，具体的一个实施例如图1所示，包括激光光源1、准直镜2、DMD（数字微镜器件）3、DMD（数字微镜器件）的控制系统31、CCD相机7、第一凸透镜8、分光镜9、第二凸透镜10、第三凸透镜13和CCD相机14。

准直镜2与激光光源1发光的光束共光轴，准直镜2的出射方向与不通电状态下的DMD3的表面的夹角（入射角）为66°，沿DMD3的第一出射方向依次设置第一凸透镜8和分光镜9，分光镜9的反射方向沿光路依次放置第二凸透镜10和放在工作台11上的被测物12，分光镜9的反射方向的相反方向沿光路依次放置第三凸透镜13和CCD相机14，沿DMD3的第二出射方向放置CCD相机7。其中，DMD3的反射面位于准直镜2和第一凸透镜8的光轴上，第一凸透镜8、第二凸透镜10和第三凸透镜13相应侧的焦点均落于分光镜9上，被测物12放置于第二凸透镜10的另一侧焦点附近（可放在焦点左右1mm处），CCD相机14放置于第三凸透镜13的另一侧焦点附近。

工作时，激光光源1发出的光束投向与光束共光轴的准直镜2，经准直镜2准直后，以66°入射角照射在DMD3表面，利用DMD的控制系统31将此光束调制成在空间中形成互补的两束结构光5、6，结构光5、6均为光探针、光探针阵列或其他结构光，结构光5、6的特征参数通过控制系统31来控制。其中，结构光6由DMD3的第二出射方向射出，再由放置于此出射方向上的CCD相机7接收，通过CCD相机7将光信号转成电信号。结构光5由DMD3的第一出射方向射出，经过第一透镜8进行聚光，再由分光镜9反射转向90°至第二透镜10进行聚光，然后照射在工作台11上的被测物12表面，经被测物12表面反射后，再依次通过第二透镜10、分光镜9和第三透镜13，最后被CCD相机14接收，通过CCD相机14将光信号转成电信号，再将CCD相机7和CCD相机14输出的电信号进行叠加处理，完成对被测物12表面的测量。

本实用新型中，光束射入DMD的入射角可取0°＜入射角＜90°范围内的任一角度，上述实施例中的66°仅是较佳的实施例。

上述实施例中，可省略结构光6和CCD相机7，增加结构光6和CCD相机7是为了将CCD相机7和CCD相机14输出的电信号进行叠加处理，消除背景噪声，以获得更好的测量效果。

现有的表面形貌测量方法很多，各种方法都有自身的适用范围，为了实现大量程、高精度的测量目标，普遍采用了多种传感测头融合的综合测量平台，或图像处理方法以及数学建模共同实现的软件跨尺度测量等跨尺度测量方法。这些方法在传感器耦合、建模复杂程度等方面都存在一定的不足。本实用新型利用数字微镜器件（DMD）构建不同参数特征的探测光源，并将其应用于材料表面形貌测量，无需对测量系统硬件做任何变动，仅通过软件编程即可实现对光探针、光探针阵列及其他结构光参数的控制，针对不同的被测对象方便、快捷、准确地调整结构光源，以完成不同尺度下的测量任务。

此外，DMD还可以编程实现在视场内的局部区域构造点阵列光、条纹光、面形光等各种结构光，以应对同一测量物体中不同区域的不同测量需求，这些都是其他光分束器件或跨尺度测量装置无法完成的。

Claims

1.基于数字微镜器件的跨尺度测量装置，其特征在于：包括激光光源、准直镜、DMD及其控制系统、第一凸透镜、分光镜、第二凸透镜、第三凸透镜和CCD相机，准直镜与激光光源发光的光束共光轴，准直镜的出射方向与DMD的表面的夹角大于0°且小于90°，沿DMD的第一出射方向依次设置第一凸透镜和分光镜，分光镜的反射方向沿光路依次放置第二凸透镜和被测物，分光镜的反射方向的相反方向沿光路依次放置第三凸透镜和CCD相机；其中，DMD的反射面位于准直镜和第一凸透镜的光轴上，第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜相应侧的焦点均落于分光镜上，被测物放置于第二凸透镜的另一侧焦点附近，CCD相机放置于第三凸透镜的另一侧焦点附近。

2.根据权利要求1所述的基于数字微镜器件的跨尺度测量装置，其特征在于：还包括放置于DMD的第二出射方向的另一CCD相机。