点源全息图测距装置及测距方法

摘要

本发明公开了一种点源全息图测距装置及测距方法，该装置沿着光路前进方向依次设置有半导体激光器（10）、平面反射镜（9）、测量点（1）、透镜（2）、线偏振片（3）、1/4波片（4）、双折射晶体（5）、线偏振片（6）、电子耦合器件（7）以及计算机处理系统（8），所述装置在线偏振片（3）与线偏振片（6）的光轴相互垂直时采集第一全息图，在二者的光轴相互平行时采集第二全息图，根据该第一全息图和第二全息图的差值处理得到测量点（1）的实际距离。本发明由于采用了共轴光路测量系统，可以大大增强系统的抗干扰性，具有稳定、高效率及不受被测表面特性影响的特点，可以达到1微米的测量精度，在工业领域具有广泛的应用前景。

主权项

一种点源全息图测距装置，沿着光路前进方向依次设置有半导体激光器(10)、平面反射镜(9)、测量点(1)、透镜(2)、第一线偏振片(3)、1/4波片(4)、双折射晶体(5)、第二线偏振片(6)、电子耦合器件(7)以及计算机处理系统(8)，其中：半导体激光器(10)用于发出激光；平面反射镜(9)设置在半导体激光器(10)的前方，用于将激光的光路改变至测量点(1)上；测量点(1)将激光漫反射出；透镜(2)用于会聚测量点(1)漫反射的光，并将测量点成像在1/4波片(4)之后；第一线偏振片(3)设置成偏振方向能够绕系统主轴旋转，用于改变入射光线的偏振方向；1/4波片(4)设置成其光轴沿竖直方向；双折射晶体(5)设置成Z轴沿系统主轴方向，y轴沿竖直方向，x‑y面与系统主轴垂直；第二线偏振片(6)设置成光轴与竖直方向的夹角为右偏45°，用于改变入射光线的偏振方向；电子耦合器件(7)用于采集全息图像信号并发送给计算机处理系统(8)；计算机处理系统(8)用于对所接收的全息图像信号进行处理以得到测量点(1)到透镜的实际距离；其中所述电子耦合器件(7)在第一线偏振片(3)与第二线偏振片(6)的光轴相互垂直时采集第一全息图，在二者的光轴相互平行时采集第二全息图，所述计算机处理系统(8)根据该第一全息图和第二全息图的差值处理得到测量点(1)到透镜的实际距离，其中，所述实际距离通过下述步骤处理得到：1)将所得到的第一全息图和第二全息图进行滤波处理；2)标定所述第一和第二全息图相位零点的位置；3)将第二全息图减去第一全息图，得到的数据分别进行二值化和骨架化处理，分别得到二值化图像和骨架化图像；4)根据二值化图像读出全息图由相位零点沿x方向至全息图边缘每个亮条纹的级次n，该级次n代表了每一亮条纹在全息图中所处的位置信息；5)根据骨架化图像读出全息图由边缘至相位零点每个亮条纹中心在全息图中所处的位置坐标，再根据步骤4)确定该坐标所对应的整数相位，该整数相位代表了亮条纹在全息图中所处的相位信息；6)根据每个亮条纹所对应的位置信息和相位信息分别计算出测量点的位置，对这些测量点位置值求出平均值以得到最终的测量点位置值，其中，测量点的位置通过以下方法获得：由公式得到对应某一级亮条纹k在双折射晶体(5)内与系统主轴的夹角，再由双折射角θ与像点到电子耦合器件(7)平面间的距离z之间的关系z＝r/θn_o得到像点的位置，并根据公式1/f＝1/u+1/v得到测量点的位置，其中，r是电子耦合器件(7)面上某一级亮条纹k的径向距离，θ为光线入射双折射晶体(5)时的双折射角，λ为入射光的波长，n_o、n_e分别为双折射晶体(5)在入射波长下相对于垂直于光轴的o光和平行于光轴的e光的主折射率，C为双折射晶体(5)沿光轴方向的长度，f为透镜焦距，u为测量点距离透镜(2)的距离，v为像点距离透镜的距离。