基于波数扫描干涉的表面轮廓测量

何艳敏; 谢创亮; 许卓明; 鲍鸿; 叶双莉; 周延周

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.03.019

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于波数扫描干涉的表面轮廓测量

何艳敏 , 谢创亮 , 许卓明 , 鲍鸿 , 叶双莉 , 周延周

文章导航 > 激光技术 > 2016 > 40(3): 392-396

引用本文:

Citation:

基于波数扫描干涉的表面轮廓测量

1.
广东工业大学自动化学院, 广州 510006;
2.
武汉大学微电子与信息技术研究院, 武汉 430072

作者简介: 何艳敏(1990-),男,硕士研究生,现主要从事3-D机器视觉的研究。.

通讯作者: 鲍鸿, bhong@gdut.edu.cn ;

基金项目:
国家自然科学基金资助项目(51371129;11174226);广东省自然科学基金资助项目(1414050002003);广州市科技计划资助项目(2014J4100203)
中图分类号: TN247

Profilemetry measurement based on wavenumber scanning interferometry

1.
Faculty of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;
2.
Institute of Microelectronics and Information Technology, Wuhan University, Wuhan 430072, China

Corresponding author: BAO Hong, bhong@gdut.edu.cn ;

CLC number: TN247

摘要: 为了高精度测量被测物体表面3维轮廓,采用半导体激光器波数扫描干涉的方法,对激光波数扫描干涉进行了理论分析和实验验证。在迈克尔逊干涉系统的参考端引入一个光楔,通过2-D傅里叶变换提取光楔干涉图像的相位,在线检测激光器输出波数变化,最后对所有时间分辨干涉图像序列进行随机采样傅里叶变换,还原被测物体表面3维轮廓。结果表明,轮廓测量精度达到6.7nm。该方法特别适合于机械零件的质量检验。
- 激光技术 /
- 轮廓测量 /
- 波数扫描 /
- 半导体激光器 /
- 随机采样傅里叶变换
Abstract: In order to measure 3-D profile of a sample with high accuracy, wavenumber-scanning interferometry was used. An optical wedge was used as reference terminal of a Michelson interferometer system. The phases of wedge interference image were extracted by 2-D Fourier transform. The changes of output wavenumber were detected on line. Finally, all the time-resolved interferometry image sequences were sampled by Fourier transform random. The 3-D contour of object surface was restored with high precision. The profile of a sample object was constructed with the resolution of 6.7nm. The proposed method is particularly suitable for quality inspection of mechanical parts.
- laser technique /
- profile measurement /
- wavenumber scanning /
- diode laser /
- random sampling Fourier transform

[1]	YANG C P, LIU J B, TAGN H Y, et al. Measurement of radial distortion based on frequency integration phase demodulation[J]. Laser Technology, 2014, 38(3):402-405(in Chinese).
[2]	ZHAG H X. Study on building modeling based on 3-D laser scanning technology[J]. Laser Technology, 2014, 38(3):431-434(in Chinese).
[3]	SONG X H, JIN X Z, CHEN S Q, et al. Progress of laser-arc hybrid welding and its applications in automotive body manufacture[J]. Laser Technology, 2015, 39(2):259-264(in Chinese).
[4]	DECK L L. Fourier-transform phase-shifting interferometry[J]. Applied Optics, 2003, 42(13):2354-2365.
[5]	RUIZ P D, ZHOU Y Z, HUNTLEY J M, et al. Depth-resolved whole-field displacement measurement using wavelength scanning interferometry[J]. Journal of Optics, 2004, A6(10):679-683.
[6]	ISHII Y, CHEN J, MURATA K. Digital phase-measuring interferometry with a tunable laser diode[J]. Optics Letters, 1987, 12(4):233-235.
[7]	SHEN Y J, HUNTLEY J M. Simple method to calibrate phase modulators for use in dynamic phase-shifting interferometry[J]. Optical Engineering, 2004, 43(12):2998-3002.
[8]	ZHOU Y Z, WILDMAN R D, HUNTLEY J M. Improved measurement of grain-wall contact forces in granular beds using wavelength scanning interferometry[J]. Journal of Optics,2005,A7(6):S453-S459.
[9]	RUIZ P D, HUNTLEY J M, WILDMAN R D. Depth-resolved whole-field displacement measurement by wavelength-scanning electronic speckle pattern interferometry[J]. Applied Optics, 2005, 44(19):3945-3953.
[10]	DAVILA A, HUNTLEY J M, PALLIKARAKIS C, et al. Simultaneous wavenumber measurement and coherence detection using temporal phase unwrapping[J]. Applied Optics, 2012, 51(5):558-567.
[11]	DAVILA A, HUNTLEY J M, PALLIKARAKIS C, et al. Wavelength scanning interferometry using a Ti:sapphire laser with wide tuning range[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2012, 50(8):1089-1096.
[12]	CHAKRABORTY S, RUIZ P D. Measurement of all orthogonal components of displacement in the volume of scattering materials using wavelength scanning interferometry[J]. Journal of the Optical Society of America, 2012, A29(9):1776-1785.
[13]	XU J, LIU Y, DONG B, et al. Improvement of the depth-resolution in the depth-resolved wavenumber-scanning interferometry using multiple uncorrelated wave-number bands[J].Applied Optics, 2013, 52(20):4890-4897.
[14]	HUNTLEY J M. Noise-immune phase unwrapping algorithm[J]. Applied Optics, 1989, 28(16):3268-3270.
[15]	HUNTLEY J M. Unwrapping noisy phase maps by use of a minimum-cost-matching algorithm[J]. Applied Optics, 1995, 34(15):5100-5108.

[1]	曾小东 , 安毓英 , 于常青 . 半导体激光器近场测量技术. 激光技术, 1998, 22(2): 127-129.
[2]	罗亮 , 胡佳成 , 王婵媛 , 刘泽国 . 高精度半导体激光器驱动电源及温控电路设计. 激光技术, 2017, 41(2): 200-204. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.02.011
[3]	汪菲 , 唐霞辉 , 钟理京 , 许成文 , 胡千 , 姚巍 . 基于陶瓷焊接的半导体激光器合束及聚焦研究. 激光技术, 2018, 42(2): 282-288. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.02.027
[4]	梅剑春 , 叶青 , 田建国 . 多路半导体激光器驱动电路设计. 激光技术, 2018, 42(2): 245-248. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.02.020
[5]	徐一帆 , 施阳杰 , 邵景珍 , 林颖 , 沈启辉 , 梁勖 . 大功率半导体激光器的高精度脉冲电源设计. 激光技术, 2023, 47(1): 108-114. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.01.017
[6]	武勇军 , 李达成 . 电调频半导体激光绝对测量干涉仪. 激光技术, 1996, 20(5): 298-300.
[7]	郎佳红 , 顾彪 , 徐茵 , 秦福文 . GaN基材料半导体激光器综述. 激光技术, 2003, 27(4): 321-324,327.
[8]	曹三松 . 高功率半导体激光器评述. 激光技术, 2000, 24(4): 203-207.
[9]	张志军 , 吴正德 , 樊勇 , 唐小宏 . 高速半导体激光器的匹配技术. 激光技术, 1995, 19(4): 239-243.
[10]	韩晓俊 , 李正佳 , 朱长虹 . 医用半导体激光器的温度控制. 激光技术, 1998, 22(4): 250-253.
[11]	陆洋 , 张菁 , 陈建国 , 李大义 . 双稳外腔半导体激光器(ECLD)模式转换的数值描述. 激光技术, 2002, 26(3): 180-182.
[12]	甘巧强 , 朱晓鹏 , 潘学俭 , 邓捷 , 宋国锋 , 陈良惠 . 半导体激光器光束特性的计算机模拟与实验研究. 激光技术, 2004, 28(3): 298-302.
[13]	赵延 , 罗斌 , 潘炜 . 光纤环形腔半导体激光器弛豫振荡的分析. 激光技术, 2002, 26(6): 416-418.
[14]	孙梅生 , 程遥 , 方星豪 . 半导体激光器在高压反馈电路中的应用. 激光技术, 2003, 27(6): 569-571.
[15]	亢俊健 , 张世英 , 苏美开 , 王大成 . 半导体激光器加速寿命测试系统研制. 激光技术, 2004, 28(3): 228-230,254.
[16]	赵同刚 , 任建华 , 赵荣华 , 饶岚 , 王丽丽 , 林金桐 , 吴炜 , 郭永新 . 半导体激光器实现波长转换的理论和实验分析. 激光技术, 2005, 29(2): 216-218.
[17]	朱晓鹏 , 甘巧强 , 任刚 , 宋国锋 , 叶晓军 , 孙永伟 , 曹青 , 陈良惠 . 半导体激光器相对强度噪声的实验研究. 激光技术, 2005, 29(3): 241-243.
[18]	黄珊 , 邓磊敏 , 杨焕 , 段军 . 基于ZEMAX的半导体激光器匀光设计. 激光技术, 2014, 38(4): 522-526. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.04.017
[19]	郭海平 , 万辰皓 , 许成文 , 严拓 , 王东升 . 外腔半导体激光器动态模稳定性的研究. 激光技术, 2016, 40(5): 706-710. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.05.018
[20]	王宗清 , 段军 , 曾晓雁 . 大功率半导体激光器高精度温控系统研究. 激光技术, 2015, 39(3): 353-356. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.03.016

点击查看大图

计量

文章访问数: 4784
HTML全文浏览量: 1669
PDF下载量: 209
被引次数: 0

基于波数扫描干涉的表面轮廓测量

通讯作者: 鲍鸿, bhong@gdut.edu.cn;

作者简介: 何艳敏(1990-),男,硕士研究生,现主要从事3-D机器视觉的研究。

1. 广东工业大学自动化学院, 广州 510006;
2. 武汉大学微电子与信息技术研究院, 武汉 430072

收稿日期: 2015-04-14
录用日期: 2015-05-12
网络出版日期: 2016-05-25

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51371129;11174226);广东省自然科学基金资助项目(1414050002003);广州市科技计划资助项目(2014J4100203)

关键词:

摘要: 为了高精度测量被测物体表面3维轮廓,采用半导体激光器波数扫描干涉的方法,对激光波数扫描干涉进行了理论分析和实验验证。在迈克尔逊干涉系统的参考端引入一个光楔,通过2-D傅里叶变换提取光楔干涉图像的相位,在线检测激光器输出波数变化,最后对所有时间分辨干涉图像序列进行随机采样傅里叶变换,还原被测物体表面3维轮廓。结果表明,轮廓测量精度达到6.7nm。该方法特别适合于机械零件的质量检验。