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用于光纖干涉條紋投射三維形貌測量的條紋相位穩定方法
【專利摘要】本發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定方法，包括：平方運算器對正弦調制信號作平方運算，取交流分量作為二倍頻載波，同時將正弦調制信號作為一倍頻載波；邁克爾遜干涉信號經中心頻率為ω的第一帶通濾波器得一次諧波分量；經中心頻率為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—電壓轉換器將相位2α0+2δ(t)轉換成補償信號；補償信號與正弦相位調制信號在加法器中實現相加運算，通過壓電陶瓷驅動器共同作用于測量臂壓電陶瓷上，改變光纖中的光程差，實現對干涉條紋相位的穩定控制。
【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定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及三維形貌測量領域，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定方法。
【背景技術】
[0002]三維形貌測量技術是精密測量中的先進技術，在質量控制、CAD/CAM、逆向工程、機器視覺、醫學診斷、服裝設計以及自動導航等領域中占有重要的地位，是科學分析、工業控制、生物工程、生物醫學以及材料科學等方面進行科學研究的重要手段。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、正弦相位調制干涉法等。光外差干涉系統結構較復雜，要求產生高精度頻差；相移干涉法對移相精度要求高，容易受環境干擾；正弦相位調制干涉法具有相位調制簡單、測量精度高、抗干擾能力強等優點，在表面形貌、位移、角度和振動測量中被廣泛應用。
[0003]此外，傳統條紋投射方式采用光柵投影并結合機械平移裝置實現相移，該方法數據處理簡單，但條紋密度與相移精度都相對較低；采用數字投影儀投射條紋，可由計算機生成數字條紋圖，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系引入系統誤差。

【發明內容】

[0004]本發明提供 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定方法，本發明基于正弦相位調制原理，采用光纖干涉條紋投射方法獲取條紋圖像，增加相位穩定系統來提取并補償環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)，并按貝塞爾函數展開；
[0007](2)在載波生成部分，平方運算器對正弦調制信號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)經中心頻率為ω的第一帶通濾波器得一次諧波分量H1U);經中心頻率為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)在相位解調部分，利用反正切運算器求解2d #2 6 (t)，通過相位一電壓轉換器將相位2 α P δ (t)轉換成補償信號VJt)；
[0011](6)補償信號Vc(t)與正弦相位調制信號M(t)在加法器中實現相加運算，通過壓電陶瓷驅動器共同作用于測量臂壓電陶瓷上，改變光纖中的光程差，實現對干涉條紋相位的穩定控制。
[0012]所述補償信號Vc⑴具體為:
[0013]
【權利要求】
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)，并按貝塞爾函數展開； (2)在載波生成部分，平方運算器對正弦調制信號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)經中心頻率為ω的第一帶通濾波器得一次諧波分量H1U);經中心頻率為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 部分，利用反正切運算器求解2α #2 6 (t)，通過相位一電壓轉換器將相位2 α P δ (t)轉換成補償信號VJt)； (6)補償信號^(0與正弦相位調制信號M(t)在加法器中實現相加運算，通過壓電陶瓷驅動器共同作用于測量臂壓電陶瓷上，改變光纖中的光程差，實現對干涉條紋相位的穩定控制。
2.根據權利要求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函數；a ^為第二光纖臂、第三光纖臂間的固有相差；S (t)為環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；kP_v為相位一電壓轉換系數。
【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 優先權日:2014年5月22日
【發明者】段發階, 伯恩, 呂昌榮, 馮帆, 傅驍, 梁春疆 申請人:天津大學