本发明专利技术涉及基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置及方法。该装置由计算机、宽带光源、光电探测器、数据采集卡、2x2耦合器、1x2耦合器、二维位移平台、可调光学衰减器、光纤回射器、光学延迟线、光纤隔离器、准直器、待测物组成。宽带光源发出的光经耦合器分为测量光与参考光两路，当参考光与测量光光程相等时，发生相干干涉现象，通过计算机解算可得物体表面三维微形貌。耦合器、可调光学衰减器、光电探测器、数据采集卡、计算机组成材质自适应结构，实现多材质表面三维微形貌的测量。本发明专利技术还提供了一种基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测方法。本发明专利技术具有非接触式测量、多种材质自适应、测量精度高等特点。点。点。
【技术实现步骤摘要】
基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置及方法
[0001]本专利技术属于物体表面形貌检测
，具体说是基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置及方法。
技术介绍
[0002]随着机械、微电子、光学、半导体等行业的快速发展，人们对加工零件的表面质量要求也日益提高。特别是在精密仪器加工与制造领域，表面三维微形貌对加工零件的性能有着至关重要的影响，是最重要的技术指标之一。现有表面三维微形貌的测量方法主要可分为接触式与非接触式两大类。接触式的方法利用机械探针在待测物表面滑动，由于待测物表面是凹凸不平的，机械探针会上下移动，位移传感器测得该位移，通过一定的比例换算即可算出待测物表面的三维微形貌信息。接触式的测量方法精度高，但其容易造成被测物划伤，这也使得该方法应用较少。
[0003]非接触式的方法主要有低相干干涉法、几何光学探针法、原子力显微镜法、扫描隧道显微镜法、扫描电子显微镜法等。这其中相干干涉法具有非接触式测量，对被测物无损伤，精度高、测量速度快，可一次性测量等优势、成本低、结构简单、可直接在空气中测量等。低相干干涉法是通过光学干涉原理来测量物体表面微形貌的。基于低相干干涉的表面三维形貌检测方法将宽带光源发出的光分为两路：一路称为测量光，另一路称为参考光，当测量光与参考光的光程相等时，会产生相干干涉现象。假设初始状态下测量光与参考光的光程是相等的，物体表面微结构下的凹凸不平会导致测量光光程的变化，根据此光程的变化即可解算出物体表面三维微形貌。
[0004]然而现有低相干干涉法在一次测量中往往假设被测物都是用同一种材质组成的，即被测物的表面颜色都是一致的，对测量光的反射率是一致的。这使得现有方法在测量多颜色材质的表面三维微形貌时，往往需要在不同颜色的区域分别多次测量，每次测量时都需要调整耦合器的分光比，这使得测量过程更加繁琐。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面三维微形貌检测装置及方法，能够在一次测量中测量由多种材质组成物体的表面三维微形貌。
技术实现思路
[0006]本专利技术目的是提供基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置及方法，以实现多材质、多颜色物品表面三维微形貌的测量。
[0007]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0008]基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置，包括：2x2耦合器C3和与其分别经过光纤连接的发射支路、参考光调节支路、测量光检测支路、干涉检测采集支路；所述发射支路包括依次连接的宽带光源BLS、光纤隔离器OFI；宽带光经2x2耦合器C3输
出参考光和测量光；所述参考光调节支路包括在参考光路上依次设有可调光学衰减器VOA、1x2耦合器C2、光学延迟线ODL、光纤回射器FOR，参考光依次经过可调光学衰减器VOA、1x2耦合器C2、光学延迟线ODL、光纤回射器FOR发生折返并原路返回至2x2耦合器C3；所述测量光检测支路包括在测量光路上依次设有1x2耦合器C1、准直器A，测量光依次经过1x2耦合器C1、准直器A照射在待测量材质S表面发生折返并原路返回至2x2耦合器C3；所述干涉检测采集支路包括依次连接的第三光电探测器P3、数据采集卡D3、计算机B3，采集干涉信号。
[0009]所述1x2耦合器C2输出两路参考光折返后的光路：参考光1传输至2x2耦合器C3，参考光2传输至光强检测支路，包括：第二光电探测器P2、数据采集卡D2、计算机B2，检测参考光折返后的强度I
r2
。
[0010]所述1x2耦合器C1输出两路测量光折返后的光路：测量光1传输至2x2耦合器C3，测量光2传输至光强检测支路，包括：第一光电探测器P1、数据采集卡D1、计算机B1，检测测量光折返后的强度I
m2
。
[0011]所述1x2耦合器C1、1x2耦合器C2、2x2耦合器C3的强度比均为50/50。
[0012]所述准直器A设于二维位移平台M上，二维位移平台M上的电机转动带动准直器A在二维位移平台M上滑动，对待测量材质S表面进行扫描。
[0013]基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测方法，该方法是基于以上所述装置实现的，其特征在于，包括以下步骤：
[0014]步骤1：控制准直器A对待测物S的不同材质且不规则表面按照预设轨迹进行逐点扫描，并在每个待测点处分别通过控制光学延迟线ODL改变参考光光程、通过调节可调光学衰减器VOA改变参考光光强，使折返的参考光1与测量光1在2x2耦合器C3处产生相干干涉；
[0015]判断产生相干干涉时刻，并此时获取准直器A轨迹点的三维坐标以及该待测点处参考光1与测量光1发生干涉时光学延迟线ODL的坐标值d
i
；
[0016]依据参考光与测量光光程相等发生干涉原理依次获得整个待测物S的不同材质且不规则表面所有待测点的三维坐标；
[0017]步骤2：在同一坐标系下拼接所有待测点三维坐标，得到整个待测物S的不同材质表面的完整三维形貌。
[0018]所述控制准直器A对待测物S的不同材质且不规则表面按照预设轨迹进行逐点扫描，包括：
[0019]计算机B1输出指令控制二维位移平台M带动准直器A按照预设轨迹分别移动到待测物S的表面待测点的预设轨迹点(x
i
,y
i
,z
i
)。
[0020]所述参考光光程为：可调光学衰减器VOA、1x2耦合器C2、光学延迟线ODL、光纤回射器FOR之间折返形成参考光的光程；
[0021]所述测量光程为：待测物S、准直器A、1x2耦合器C1之间折返形成测量光的光程。
[0022]所述使折返的参考光1与测量光1发生干涉；包括：
[0023]当待测物S的表面是不同材质且形状不规则时，通过计算机B2输出指令给可调光学衰减器VOA改变参考光1的光强与测量光1的光强值相等，通过计算机B2输出指令给光学延迟线ODL改变参考光1的光程，直到参考光1与测量光1产生相干干涉。
[0024]所述判断产生相干干涉时刻，包括：
[0025]光电探测器P3与数据采集卡D3采集干涉信号，并送入计算机B3进行数据处理，判
断干涉信号光强值最大时产生干涉。
[0026]所述依据参考光与测量光光程相等发生干涉原理依次获得整个待测物S的不同材质且不规则表面所有待测点的三维坐标，包括：
[0027]由于依据参考光与测量光的光程差为零时发生干涉，得到此时测物S的不同材质且不规则表面的当前待测点的三维坐标(x
i
,y
i
,z
i
+d
i
)。
[0028]所述二维位移平台M带动准直器A按照预设轨迹进行逐点扫描，是以任意一侧为起始逐行或逐列进行，完成三维微形貌检测。
[0029]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0030]1.本专利技术提供了一种材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置，其特征在于，包括：2x2耦合器C3和与其分别经过光纤连接的发射支路(1)、参考光调节支路(2)、测量光检测支路(3)、干涉检测采集支路(4)；所述发射支路(1)包括依次连接的宽带光源BLS、光纤隔离器OFI；宽带光经2x2耦合器C3输出参考光和测量光；所述参考光调节支路(2)包括在参考光路上依次设有可调光学衰减器VOA、1x2耦合器C2、光学延迟线ODL、光纤回射器FOR，参考光依次经过可调光学衰减器VOA、1x2耦合器C2、光学延迟线ODL、光纤回射器FOR发生折返并原路返回至2x2耦合器C3；所述测量光检测支路(2)包括在测量光路上依次设有1x2耦合器C1、准直器A，测量光依次经过1x2耦合器C1、准直器A照射在待测量材质S表面发生折返并原路返回至2x2耦合器C3；所述干涉检测采集支路(4)包括依次连接的第三光电探测器P3、数据采集卡D3、计算机B3，采集干涉信号。2.根据权利要求1所述的基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置，其特征在于，所述1x2耦合器C2输出两路参考光折返后的光路：参考光1传输至2x2耦合器C3，参考光2传输至光强检测支路，包括：第二光电探测器P2、数据采集卡D2、计算机B2，检测参考光折返后的强度I
r2
。3.根据权利要求1所述的基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置，其特征在于，所述1x2耦合器C1输出两路测量光折返后的光路：测量光1传输至2x2耦合器C3，测量光2传输至光强检测支路，包括：第一光电探测器P1、数据采集卡D1、计算机B1，检测测量光折返后的强度I
m2
。4.根据权利要求1所述的基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置，其特征在于，所述1x2耦合器C1、1x2耦合器C2、2x2耦合器C3的强度比均为50/50。5.根据权利要求1所述的基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测装置，其特征在于，所述准直器A设于二维位移平台M上，二维位移平台M上的电机转动带动准直器A在二维位移平台M上滑动，对待测量材质S表面进行扫描。6.基于低相干干涉的非接触式材质自适应表面形貌检测方法，该方法是基于权利要求1
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5所述装置实现的，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：控制准直器A对待测物S的不同材质且不规则表面按照预设轨迹进行逐点扫描，并在每个待测点处分别通过控制光学延迟线...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏仁波，赵吉宾，张涛，于彦凤，张天宇，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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