CN206347972U - 一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置 - Google Patents
一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206347972U CN206347972U CN201621301243.XU CN201621301243U CN206347972U CN 206347972 U CN206347972 U CN 206347972U CN 201621301243 U CN201621301243 U CN 201621301243U CN 206347972 U CN206347972 U CN 206347972U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- digital hologram
- measuring
- semi
- measuring device
- measurement
- 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.)
- Active
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，包括一个移动测量装置和数字全息检测模块，所述数字全息检测模块装配在一个移动测量装置上，所述数字全息检测模块上设有测量待测工件平面到CCD/CMOS图像传感器窗口平面的距离的激光测距仪，通过激光测距仪的记录距离得到CCD/CMOS图像传感器上物光波和参考光波的干涉强度信息；实现数字全息检测模块在移动测量装置的带动下对大型待测工件表面区域进行测量。该装置通过对子测量区域三维模型进行激光测距和图像拼接，得到大型工件表面的三维形貌，降低了仪器对三轴龙门式位移平台或机械臂运动精度的要求。
Description
技术领域
本实用新型属于三维形貌测量领域，涉及一种物体三维形貌测量装置，具体涉及基于数字全息扫描的三维形貌测量，利用三轴龙门式位移平台或者六轴机械臂实现扫描的装置。
背景技术
在航空航天、武器装备以及大型工业制造领域，随着增材制造以及激光制造水平的飞速发展，工件表面精细加工能力得到了显著提升，同时对工件加工水平的高精度检测需求迫切，需要采用测量设备对工件表面的三维形貌进行快速准确测量。三维形貌测量主要分为微观三维形貌测量和宏观三维形貌测量，两者的不同点在于微观物体的表面结构是由很多微观结构单元组成，其形貌特征比宏观物体复杂得多。微观物体形貌测量需要间接或者直接借助显微测量，典型的测量设备有ZYGO公司生产的NewView800系列3D表面轮廓仪、美国vecco公司的Dektak系列探针式轮廓仪和NT系列的光学轮廓仪以及瑞士LynceeTec SA公司的数字全息显微镜，以上测量方式可以得到微米级甚至纳米级横向及纵向分辨率，测量范围较小；宏观物体形貌测量主要采用机械探针或者光学探针的方式通过测量物体表面各点的空间坐标，该类型测量设备主要包括Frao公司、Lecia公司的六自由度机械臂、蔡司公司的龙门三坐标以及V-STARS的工业摄影测量系统，此类测量设备可以对几米甚至十几米的物体三维形貌进行测量，测量精度一般为几微米或几十微米。为了扩大测量范围的同时保证系统测量精度，部分产品将光学探针集成于高精度的三轴龙门式位移平台，通过移动探针对大型物体的三维轮廓进行逐点扫描测量，最终拟合出物体三维形貌，该方案需要采集大量的点云数据，且物体横向分辨率同时受到点云采集间隔以及位移平台位移精度的限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，该装置用数字全息测量模块替代三轴龙门式位移平台或者六自由度机械臂的测量探针，通过三轴位移平台或者机械臂带动数字全息测量模块对大型工件表面进行逐区域扫描测量，通过全息再现方法对各测量区域进行数字重建，采用图像拼接算法对子区域三维重建模型进行立体拼接，最终复原出高精度的工件表面三维形貌。
本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，包括一个移动测量装置和数字全息检测模块，所述数字全息检测模块装配在一个移动测量装置上，所述数字全息检测模块上设有测量待测工件平面到CCD/CMOS图像传感器窗口平面的距离的激光测距仪，通过激光测距仪的记录距离得到CCD/CMOS图像传感器上物光波和参考光波的干涉强度信息；实现数字全息检测模块在移动测量装置的带动下对待测工件表面区域进行测量。
进一步，所述数字全息检测模块包括一激光器，激光器出射激光束面上设有一块半透半反棱镜，在半透半反棱镜和激光器之间设置有空间滤波器；在所述半透半反棱镜半透射方向设置有一块波长选择分光棱镜，激光测距仪设在波长选择分光棱镜上方；在所述半透半反棱镜上方设有一CCD/CMOS光电耦合器，在所述半透半反棱镜下方设有一平面反射镜，波长选择分光棱镜的反射光路上设有待测工件。
进一步，所述移动测量装置为龙门三坐标或六自由度机械臂。
进一步，所述移动测量装置与计算机控制系统相连。
进一步，所述波长选择分光棱镜镀有一层选择性透反射膜。
进一步，所述空间滤波器包括显微物镜和设在显微物镜上的针孔，空间滤波器的出射光路上设有一个准直镜头。
本实用新型的有益效果是：
此扫描式三维形貌测量装置采用数字全息测量模块，逐区域扫描检测，利用激光测距仪可测量物平面到CCD/CMOS窗口平面的距离，得到CCD/CMOS图像传感器上物光波和参考光波的干涉强度信息；采用图像拼接算法对各子区域三维重建模型完成立体拼接，最终复原出工件表面的三维形貌。相比于上述逐点扫描测量效率较高，可快速完成大型工件的表面形貌测量，通过对子测量区域三维模型进行图像拼接处理，降低了仪器对三轴龙门式位移平台以及机械臂运动精度的要求。
附图说明
图1是装载全息模块的龙门三坐标测量仪装置图；
图2是装载全息模块的六自由度机械臂测量仪装置图；
图3是本实用新型用于三维形貌测量装置的数字全息模块示意图。
图1中：1是移动测量装置(龙门三坐标测量仪的三轴位移平台)，2是数字全息测量模块，3是待测工件。
图2中：1是移动测量装置(六自由度机械臂)，2是数字全息检测模块，3是待测工件。
图3中：2-1是激光器，2-2是空间滤波器，2-3是准直物镜，2-4是半透半反棱镜，2-5是平面反射镜，2-6是波长选择分光棱镜，2-7是CCD/CMOS光电耦合器，2-8是激光测距仪。
具体实施方式
下面通过附图及实施例对本实用新型做进一步的说明。
如图1、图2所示，该基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，包括一个移动测量装置1(龙门三坐标或六自由度机械臂)和数字全息检测模块2。数字全息检测模块2装配在移动测量装置1上，移动测量装置与计算机控制系统相连；数字全息检测模块上设有测量待测工件平面到CCD/CMOS图像传感器窗口平面的距离的激光测距仪，通过激光测距仪的记录距离得到CCD/CMOS图像传感器上物光波和参考光波的干涉强度信息；数字全息检测模块2在移动测量装置1的带动下对大型待测工件表面各个区域进行测量。
如图3所示，数字全息检测模块2包括一激光器2-1，一空间滤波器2-2，一准直物镜2-3，一半透半反棱镜2-4，一平面反射镜2-5，一波长选择分光棱镜2-6，一个CCD/CMOS光电耦合器2-7和一个激光测距仪2-8。在激光器出射激光束面上设有一块半透半反棱镜2-4，在半透半反棱镜2-4和激光器2-1之间设置有空间滤波器2-2；在半透半反棱镜2-4半透射方向设置有一块波长选择分光棱镜2-6，在半透半反棱镜2-4上方设有一CCD/CMOS光电耦合器2-7，在半透半反棱镜2-4下方设有一平面反射镜2-5，波长选择分光棱镜2-6的反射光路上设有待测工件3。
波长选择分光棱镜2-6镀有一层波长选择性透反射膜，使全息模块激光器1发出的光波透射，激光测距仪2-8发出的光波反射，以分离两光波，以免互相影响。空间滤波器2-2包括显微物镜和设在显微物镜上的针孔，空间滤波器的出射光路上设有一个准直镜头2-3，准直镜头焦距选择视具体要求决定。
激光器2-1发出一光波，经空间滤波器2-2扩束，准直镜头2-3准直后，进入半透半反棱镜2-4，反射光传播至平面反射镜2-5，经其反射后，再进入半透半反棱镜2-4，透射光经波长选择分光棱镜2-6后进入待测物体3，反射后再次透过波长选择分光棱镜2-6，进入半透半反棱镜2-4，两束光在CCD/CMOS光电耦合器2-7面上相互干涉，形成全息干涉图。
数字全息检测模块装配在移动测量装置上，作为测量探针对大型工件表面某一区域进行测量，在龙门三坐标位移平台或六轴机械臂带动下，完成对大型工件表面进行逐区域扫描测量。测量完成后，在三轴位移平台或者机械臂的带动下，移动数字全息测量探针的位置，对大型工件表面另一区域进行测量，经过扫描和测量，完成大型工件的表面检测，然后通过数字全息的再现方法对各个测量区域进行数字重建，并采用图像拼接算法对各子区域三维重建模型完成立体拼接，最终高精度复原出工件表面的三维形貌。
本实用新型具体方案的实现步骤如下：
1)移动龙门三坐标位移平台(或六轴机械臂)将全息模块对准所需测量大型工件表面区域；
2)激光器经过空间滤波器滤除激光器出射光的高频成分，经过准直镜头之后以平行光束入射至半透半反棱镜；
3)经过半透半反棱镜的反射光经过平面反射镜的反射，再次经过半透半反棱镜；
4)经过半透半反棱镜的透射光经过波长选择分光棱镜后，经过待测物体的反射，再次经过波长选择分光棱镜和半透半反棱镜；
5)上文步骤2)、3)两路光束在CCD/CMOS图像传感器的表面形成全息干涉图像；
6)利用激光测距仪可测量物平面到CCD/CMOS窗口平面的距离，即记录距离d，将该记录距离d代入到再现物光波公式中，得到CCD/CMOS图像传感器上物光波和参考光波的干涉强度信息；
7)CCD/CMOS图像传感器将其获取的物光波和参考光波的干涉强度信息传递至计算机，对所述CCD/CMOS图像传感器采集到的图像进行去噪、频谱变换、解包裹相位、三维重建以及图像拼接，即可获取大型工件表面的三维图案。
移动测量装置中，不局限于龙门三坐标位移平台或六自由度机械臂测量装置，与本实用新型相关的可移动装置都在本实用新型的保护权限内。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，在此仅仅给出了较佳的实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，包括一个移动测量装置和数字全息检测模块，其特征在于，所述数字全息检测模块装配在一个移动测量装置上，所述数字全息检测模块上设有测量待测工件平面到CCD/CMOS图像传感器窗口平面的距离的激光测距仪，通过激光测距仪的记录距离得到CCD/CMOS图像传感器上物光波和参考光波的干涉强度信息；实现数字全息检测模块在移动测量装置的带动下对大型待测工件表面区域进行测量。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，其特征在于，所述数字全息检测模块包括一激光器，激光器出射激光束面上设有一块半透半反棱镜，在半透半反棱镜和激光器之间设置有空间滤波器；在所述半透半反棱镜半透射方向设置有一块波长选择分光棱镜，激光测距仪设在波长选择分光棱镜上方；在所述半透半反棱镜上方设有一CCD/CMOS光电耦合器，在所述半透半反棱镜下方设有一平面反射镜，波长选择分光棱镜的反射光路上设有待测工件。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，其特征在于，所述移动测量装置为龙门三坐标或六自由度机械臂。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，其特征在于，所述移动测量装置与计算机控制系统相连。
5.根据权利要求2所述的一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，其特征在于，所述波长选择分光棱镜镀有一层选择性透反射膜。
6.根据权利要求2所述的一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置，其特征在于，所述空间滤波器包括显微物镜和设在显微物镜上的针孔，空间滤波器的出射光路上设有一个准直镜头。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621301243.XU CN206347972U (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621301243.XU CN206347972U (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206347972U true CN206347972U (zh) | 2017-07-21 |
Family
ID=59318491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201621301243.XU Active CN206347972U (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206347972U (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108332683A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-27 | 苏州大学 | 一种用于三维面形测量的干涉式光学探头 |
| CN108344383A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-31 | 苏州大学 | 一种非接触式坐标测量机 |
| CN108344381A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-31 | 苏州大学 | 一种非接触式三维面形测量方法 |
| CN112304241A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-02 | 衡阳市智谷科技发展有限公司 | 一种基于数字全息术的物体形貌测试方法 |
| CN113014911A (zh) * | 2019-12-19 | 2021-06-22 | 格科微电子（上海）有限公司 | 图像传感器的测试装置及其测试方法 |
| CN113406664A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-09-17 | 清华大学 | 基于tcspc的全息雷达三维成像方法和装置 |
-
2016
- 2016-11-30 CN CN201621301243.XU patent/CN206347972U/zh active Active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108332683A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-27 | 苏州大学 | 一种用于三维面形测量的干涉式光学探头 |
| CN108344383A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-31 | 苏州大学 | 一种非接触式坐标测量机 |
| CN108344381A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-31 | 苏州大学 | 一种非接触式三维面形测量方法 |
| CN108332683B (zh) * | 2018-02-09 | 2020-09-18 | 苏州大学 | 一种用于三维面形测量的干涉式光学探头 |
| CN113014911A (zh) * | 2019-12-19 | 2021-06-22 | 格科微电子（上海）有限公司 | 图像传感器的测试装置及其测试方法 |
| CN112304241A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-02 | 衡阳市智谷科技发展有限公司 | 一种基于数字全息术的物体形貌测试方法 |
| CN113406664A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-09-17 | 清华大学 | 基于tcspc的全息雷达三维成像方法和装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN206347972U (zh) | 一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置 | |
| CN106643550A (zh) | 一种基于数字全息扫描的三维形貌测量装置及测量方法 | |
| Shimizu et al. | An insight into optical metrology in manufacturing | |
| CN103791860B (zh) | 基于视觉检测技术的微小角度测量装置及方法 | |
| US5069548A (en) | Field shift moire system | |
| CN105157606B (zh) | 非接触式复杂光学面形高精度三维测量方法及测量装置 | |
| CN108489388A (zh) | 一种基于光谱共焦位移测量技术的小孔内表面三维成像检测系统 | |
| CN104344793A (zh) | 单帧光强传输定量相位显微系统及其方法 | |
| CN103148778A (zh) | 与3d轮廓术组合的相位步进错位干涉法的低相干干涉系统 | |
| KR20170059450A (ko) | 프로세싱 동안 웨이퍼들의 제어를 위한 표면 형상 측정을 위한 장치 및 방법 | |
| CN103115585B (zh) | 基于受激辐射的荧光干涉显微测量方法与装置 | |
| CN105209852B (zh) | 表面形状测量方法以及其装置 | |
| CN106403846A (zh) | 用于物体表面三维测量的光投影装置 | |
| Tutsch et al. | Optical three-dimensional metrology with structured illumination | |
| CN108489387A (zh) | 一种光纤干涉式小孔内表面三维成像检测系统 | |
| CN103076090A (zh) | 一种激光干涉仪光程差定位方法及系统 | |
| Jiao et al. | Review of optical measurement techniques for measuring three-dimensional topography of inner-wall-shaped parts | |
| CN106247950A (zh) | 基于广义相移数字全息的微小位移测量方法 | |
| CN102353520B (zh) | 一种用于光纤延迟线测量系统的延迟量测量方法及其实现装置 | |
| CN106767500B (zh) | 用于形貌测量的光路系统 | |
| CN208383059U (zh) | 一种基于光谱共焦位移测量技术的小孔内表面三维成像检测系统 | |
| CN109579708A (zh) | 基于光学劈尖干涉的纳米分辨率位移测量装置 | |
| CN206618387U (zh) | 一种用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置 | |
| RU2549211C1 (ru) | Способ удаленного контроля формы поверхности и толщины покрытий, получаемых в процессе магнетронного вакуумного напыления, и устройство для его осуществления | |
| CN209559128U (zh) | 基于光学劈尖干涉的纳米分辨率位移测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230607 Address after: Building 2, No. 76 Xinyuan Road, Yannan High tech Zone, Yancheng City, Jiangsu Province, 224007 (CNX) Patentee after: Tongren Intelligent Technology (Jiangsu) Co.,Ltd. Address before: Room 11908, building 3, innovation business apartment, No. 69, Jinye Road, high tech Zone, Xi'an, Shaanxi 710119 Patentee before: XI'AN ZHONGKE PHOTOELECTRIC PRECISION ENGINEERING Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |