用于光纖干涉條紋投射三維形貌測量的條紋相位穩(wěn)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于光纖干涉條紋投射三維形貌測量的條紋相位穩(wěn)定方法，包括：平方運算器對正弦調(diào)制信號作平方運算，取交流分量作為二倍頻載波，同時將正弦調(diào)制信號作為一倍頻載波；邁克爾遜干涉信號經(jīng)中心頻率為ω的第一帶通濾波器得一次諧波分量；經(jīng)中心頻率為2ω的第二帶通濾波器得二次諧波分量：將載波與諧波分量在第一乘法器、第二乘法器中分別相乘，經(jīng)第一低通濾波器和第二低通濾波器濾除載波，得到含有2α0+2δ(t)的兩路信號；利用反正切運算器求解2α0+2δ(t)，通過相位—電壓轉(zhuǎn)換器將相位2α0+2δ(t)轉(zhuǎn)換成補償信號；補償信號與正弦相位調(diào)制信號在加法器中實現(xiàn)相加運算，通過壓電陶瓷驅(qū)動器共同作用于測量臂壓電陶瓷上，改變光纖中的光程差，實現(xiàn)對干涉條紋相位的穩(wěn)定控制。
【專利說明】用于光纖干涉條紋投射三維形貌測量的條紋相位穩(wěn)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維形貌測量領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光纖干涉條紋投射三維形貌測量的條紋相位穩(wěn)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維形貌測量技術(shù)是精密測量中的先進技術(shù)，在質(zhì)量控制、CAD/CAM、逆向工程、機器視覺、醫(yī)學(xué)診斷、服裝設(shè)計以及自動導(dǎo)航等領(lǐng)域中占有重要的地位，是科學(xué)分析、工業(yè)控制、生物工程、生物醫(yī)學(xué)以及材料科學(xué)等方面進行科學(xué)研究的重要手段。高精度的表面形貌干涉測量方法主要有光外差干涉法、相移干涉法、正弦相位調(diào)制干涉法等。光外差干涉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要求產(chǎn)生高精度頻差；相移干涉法對移相精度要求高，容易受環(huán)境干擾；正弦相位調(diào)制干涉法具有相位調(diào)制簡單、測量精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，在表面形貌、位移、角度和振動測量中被廣泛應(yīng)用。
[0003]此外，傳統(tǒng)條紋投射方式采用光柵投影并結(jié)合機械平移裝置實現(xiàn)相移，該方法數(shù)據(jù)處理簡單，但條紋密度與相移精度都相對較低；采用數(shù)字投影儀投射條紋，可由計算機生成數(shù)字條紋圖，但條紋密度受投影儀分辨率限制，且電壓和亮度的非線性關(guān)系引入系統(tǒng)誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供 了一種用于光纖干涉條紋投射三維形貌測量的條紋相位穩(wěn)定方法，本發(fā)明基于正弦相位調(diào)制原理，采用光纖干涉條紋投射方法獲取條紋圖像，增加相位穩(wěn)定系統(tǒng)來提取并補償環(huán)境因素引起的條紋相位漂移，詳見下文描述:
[0005]一種用于光纖干涉條紋投射三維形貌測量的條紋相位穩(wěn)定方法，所述方法包括以下步驟:
[0006](I)對測量臂壓電陶瓷施加正弦調(diào)制信號M(t)，光電探測器接收邁克爾遜干涉信號S (t)，并按貝塞爾函數(shù)展開；
[0007](2)在載波生成部分，平方運算器對正弦調(diào)制信號M(t)作平方運算，取交流分量作為二倍頻載波G2 (t)，同時將正弦調(diào)制信號M(t)作為一倍頻載波G1 (t)；
[0008](3)在檢波部分，邁克爾遜干涉信號S (t)經(jīng)中心頻率為ω的第一帶通濾波器得一次諧波分量H1U);經(jīng)中心頻率為2 ω的第二帶通濾波器得二次諧波分量H2 (t):
[0009](4)將載波G1 (t)、G2 (t)與諧波分量H1 (t)、H2 (t)在第一乘法器、第二乘法器中分別相乘，經(jīng)第一低通濾波器和第二低通濾波器濾除載波，得到含有2 α-2 6 (t)的兩路信號
；
[0010](5)在相位解調(diào)部分，利用反正切運算器求解2d #2 6 (t)，通過相位一電壓轉(zhuǎn)換器將相位2 α P δ (t)轉(zhuǎn)換成補償信號VJt)；
[0011](6)補償信號Vc(t)與正弦相位調(diào)制信號M(t)在加法器中實現(xiàn)相加運算，通過壓電陶瓷驅(qū)動器共同作用于測量臂壓電陶瓷上，改變光纖中的光程差，實現(xiàn)對干涉條紋相位的穩(wěn)定控制。
[0012]所述補償信號Vc⑴具體為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種用于光纖干涉條紋投射三維形貌測量的條紋相位穩(wěn)定方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)對測量臂壓電陶瓷施加正弦調(diào)制信號M(t)，光電探測器接收邁克爾遜干涉信號S (t)，并按貝塞爾函數(shù)展開； (2)在載波生成部分，平方運算器對正弦調(diào)制信號M(t)作平方運算，取交流分量作為二倍頻載波G2 (t)，同時將正弦調(diào)制信號M(t)作為一倍頻載波G1 (t)； (3)在檢波部分，邁克爾遜干涉信號S(t)經(jīng)中心頻率為ω的第一帶通濾波器得一次諧波分量H1U);經(jīng)中心頻率為2 ω的第二帶通濾波器得二次諧波分量H2 (t): (4)將載波G1U)、G2(t)與諧波分量H1U)、H2 (t)在第一乘法器、第二乘法器中分別相乘，經(jīng)第一低通濾波器和第二低通濾波器濾除載波，得到含有2 α-2 6 (t)的兩路信號
； (5)在相位解調(diào) 部分，利用反正切運算器求解2α #2 6 (t)，通過相位一電壓轉(zhuǎn)換器將相位2 α P δ (t)轉(zhuǎn)換成補償信號VJt)； (6)補償信號^(0與正弦相位調(diào)制信號M(t)在加法器中實現(xiàn)相加運算，通過壓電陶瓷驅(qū)動器共同作用于測量臂壓電陶瓷上，改變光纖中的光程差，實現(xiàn)對干涉條紋相位的穩(wěn)定控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光纖干涉條紋投射三維形貌測量的條紋相位穩(wěn)定方法，其特征在于，所述補償信號V。(t)具體為:
Vc (t) = _kP—V.arctan [V1 (t) V2 (t)]
I V] (/) 二 [G1 (0.H] (/)] ^ hirn (O = -“R/,(z)sin[2a。+ 2δ{?)]
’ 1^(0 = [^2(^)' * ti,rri{t) = -(Cl1/2)BJ2(z)cos[2?n +2c>(0] hLPF1 (t) ,hLPF2 (t)分別為第一低通濾波器、第二低通濾波器的響應(yīng)函數(shù)；a ^為第二光纖臂、第三光纖臂間的固有相差；S (t)為環(huán)境因素引起的相位漂移； Jn(z)是以z為變量的η階第一類貝塞爾函數(shù)；kP_v為相位一電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)。
【文檔編號】G01B11/25GK103983209SQ201410219286
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】段發(fā)階, 伯恩, 呂昌榮, 馮帆, 傅驍, 梁春疆 申請人:天津大學(xué)
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