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专利号: 2020110388377
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于差动彩色共焦技术的自由曲面测量装置,它包括:计算机(18),其特征是,它还包括:彩色光源(1)、A聚焦物镜(2)、照明小孔阵列板(3)、B聚焦物镜(4)、A分光棱镜(5)、彩色物镜(6)、待测曲面(7)、B分光棱镜(8)、C聚焦物镜(9)、A探测小孔阵列板(10)、A面阵彩色光电探测器(11)、D聚焦物镜(12)、B探测小孔阵列板(13)、B面阵彩色光电探测器(14),在所述的A探测小孔阵列板(10)后方设置A面阵彩色光电探测器(11),在所述的B探测小孔阵列板(13)后方设置B面阵彩色光电探测器(14),所述的A面阵彩色光电探测器(11)和B面阵彩色光电探测器(14)分别与计算机(18)电连接;

所述的彩色光源(1)发出光的传播方向依次为:A聚焦物镜(2)、照明小孔阵列板(3)、B聚焦物镜(4)、A分光棱镜(5)、彩色物镜(6),照射在待测曲面(7)上;

在所述的待测曲面(7)上反射的光传播方向依次为:彩色物镜(6)、A分光棱镜(5)、经B分光棱镜(8)透射、C聚焦物镜(9)、A探测小孔阵列板(10)、A面阵彩色光电探测器(11);

在所述的待测曲面(7)上反射的光传播方向依次为:彩色物镜(6)、A分光棱镜(5)、经B分光棱镜(8)反射、D聚焦物镜(12)、B探测小孔阵列板(13)、B面阵彩色光电探测器(14)。

2.根据权利要求1所述的基于差动彩色共焦技术的自由曲面测量装置,其特征是,它还包括:B压电陶瓷(17),所述的B压电陶瓷(17)与待测曲面(7)固连。

3.基于差动彩色共焦技术的自由曲面检测方法,其特征是,它包括以下步骤:

1)搭建光学测量系统:

所述的彩色光源(1)发出光的传播方向依次为:A聚焦物镜(2)、照明小孔阵列板(3)、B聚焦物镜(4)、A分光棱镜(5)、彩色物镜(6),照射在标准平面(15)上,在所述的标准平面(15)背面固连A压电陶瓷(16);

所述标准平面(15)上反射的光传播方向依次为:彩色物镜(6)、A分光棱镜(5)、经B分光棱镜(8)透射、C聚焦物镜(9)、A探测小孔阵列板(10)、A面阵彩色光电探测器(11);

所述标准平面(15)上反射的光传播方向依次为:彩色物镜(6)、A分光棱镜(5)、经B分光棱镜(8)反射、D聚焦物镜(12)、B探测小孔阵列板(13)、B面阵彩色光电探测器(14);

所述的A面阵彩色光电探测器(11)和B面阵彩色光电探测器(14)分别与计算机(18)电连接;

2)打开所述的彩色光源(1),其发出的光经A聚焦物镜(2)后,照射至照明小孔阵列板(3),所述的照明小孔阵列板(3)将平行光分成若干光束,所述的若干光束经B聚焦物镜(4)、A分光棱镜(5)后,由彩色物镜(6)聚焦到标准平面(15)上;

聚焦在所述标准平面(15)上的光反射后,再次经过彩色物镜(6),经B分光棱镜(8)后,分成两束光,其中一束透射,经C聚焦物镜(9)、A探测小孔阵列板(10)、A面阵彩色光电探测器(11);另一束反射,经D聚焦物镜(12)、B探测小孔阵列板(13)、B面阵彩色光电探测器(14);调整所述A探测小孔阵列板(10)的位置,使所述经B分光棱镜(8)透射的光束,经过C聚焦物镜(9)聚焦至A探测小孔阵列板(10)的小孔上,调整所述B探测小孔阵列板(13)的位置,使所述经B分光棱镜(8)反射的光束,经过D聚焦物镜(12)聚焦至B探测小孔阵列板(13)的小孔上;

3)沿着所述的透射光束和反射光束方向,分别平移A探测小孔阵列板(10)和B探测小孔阵列板(13),使得A探测小孔阵列板(10)和B探测小孔阵列板(13)分别位于焦面对称的前后两处离焦位置+um和-um处;

4)调整所述的A面阵彩色光电探测器(11)的装调位置,经过所述A探测小孔阵列板(10)的透射光能够被A面阵彩色光电探测器(11)全部接收;调整所述的B面阵彩色光电探测器(14)的装调位置,经过所述B探测小孔阵列板(13)的反射光能够被B面阵彩色光电探测器(14)全部接收;

5)将A面阵彩色光电探测器(11)和B面阵彩色光电探测器(14)采集透射光和反射光的离焦R、G、B三色光强信息并送至计算机(18);

6)利用公式

计算出R、G、B三色归一化差动光强;其中Ir、Ig、Ib为R、G、B三色光强信息,u为轴向坐标信息,ΓR(u)、ΓG(u)、ΓB(u)为R、G、B三色归一化差动光强;

7)采用A压电陶瓷(16)等间隔移动标准平面(15),得到R、G、B三色归一化差动光强与轴向坐标的关系曲线;

8)R,G,B每一个颜色区间对应一个独立的线性响应区间,分别是AB,BC和CD,三个独立的线性测量区间称为可交替工作的扩展区间,系统实际工作区间为AB-BC-CD区间;当测量面由位置A向位置B运动过程中,AB区间为工作区间,而当测量面由位置A运动到B时,系统响应区间切换到BC区间,工作原理同AB,CD区间也是同样切换,最终系统实际工作区间为AB-BC-CD线段对应的轴向位移范围;

通过公式

将步骤7)得到的三个独立的深度测量区域组合成一个更大的深度测量范围,最终得到归一化差动光强与轴向坐标的关系曲线;

9)用所述的待测曲面(7)和B压电陶瓷(17)替换标准平面(15)和A压电陶瓷(16),在所述的待测曲面(7)背面固连B压电陶瓷(17),设定静态和动态工作模式:静态工作模式:指待测曲面(7)保持不动,一次测量待测曲面上所有点的归一化差动光强,与步骤8)的关系曲线对比,得到待测曲面的轴向坐标;

动态工作模式:指采用B压电陶瓷(17)横向移动待测曲面,采集多组面数据进行拼接,得到更高横向分辨率的待测曲面的轴向坐标,两种工作模式可自由切换。