一种点衍射三维绝对位移测量方法

摘要

本发明公开了一种点衍射三维绝对位移测量方法。首先利用CCD光电探测器采集由测量探头产生的两列相干球面波得到的干涉场，利用快速傅里叶变换(FFT)方法直接对单幅干涉图进行处理，从而解调出干涉场的相位信息分布，在利用所得相位信息分布的基础上，选取多个像素点出的相位值，组成非线性超定方程组，运用高斯牛顿迭代算法重构出测量探头两球面波出射端的三维坐标，并取两球面波出射端的中心坐标作为测量探头的三维坐标，进而得到被测目标的三维绝对位移量。本发明为三维绝对位移的无导轨测量提供了一种高精度的测量方法，在光学测量技术领域里具有重要应用价值。

主权项

1.一种点衍射三维绝对位移测量方法，其特征在于它的步骤如下：1)利用一个含有两点衍射源的测量探头安装于被测目标之上，并通过CCD光电探测器实时采集由测量探头中两点衍射源产生的两列相干球面波得到的干涉场，得到相应的干涉图样I₀；2)对步骤1)得到的干涉图样I₀进行施加汉宁窗预处理，得到新的干涉图样I₁；3)对步骤2)得到的干涉图样I₁进行快速傅里叶变换，可得到相应的频谱图，对此频谱图施加带通滤波器将包含有用的+1级频谱提取出来，同时滤除其他频谱级次，并对仅含+1级次的频谱进行逆傅里叶变化，即可重构出相应的干涉场相位信息分布4)定义CCD平面上中心像素点为三坐标系原点，平面干涉场中任意一空间点P(x,y,z)处到测量探头中两点衍射源的距离分别为r₁和r₂，(x₁,y₁,z₁)和(x₂,y₂,z₂)分别为测量探头中两点衍射源的坐标，根据光程差与相位分布之间的对应的关系，可得：其中，(x,y,z)为P点坐标且为已知；5)由步骤3)得到的干涉场相位信息分布和步骤4)中坐标(x₁,y₁,z₁)和(x₂,y₂,z₂)与空间点P处相位分布的一一对应的关系，根据三维坐标的最小二乘重构模型：其中，表示实际测量得到相位的差值，和分别为：从所得相位分布中选取k个像素点(k≥6)，组成非线性超定方程组，通过运用高斯牛顿法对目标函数F的最小化重构出测量探头两球面波出射端坐标(x₁,y₁,z₁)和(x₂,y₂,z₂)，取两球面波出射端的中心坐标作为测量探头的三维坐标，进而得到被测目标的三维绝对位移量。