基于迈克尔逊干涉仪的斜率与形状测量系统

　　1引言

　　始于二十世纪}o年代的错位散斑技术研究[1]和二十世纪so年代的投射条纹三维形面测量研究〔2〕如今已在现代工业中展示出了巨大的应用潜力。伴随着不断出现的商业化专业仪器，这些技术已进人航空航天、汽车、船舶、桥梁、建筑、机械制造等各个领域，正在形成新的产业。错位散斑装置通常由双折射棱镜(如握拉斯顿棱镜)加偏振片组成，或由分光镜加反射镜组成。后者(如图i所示)利用迈克尔逊干涉仪的原理测量离面位移的梯度场，光能量损失小，视场较大。将光路中的激光光源与CCD照相机的位置互换，则错位散斑装置变成了条纹投射测量装置(如图2所示)，可以测量形物体表面形状。为保证剪切量和条纹间距的可调性，至少要让一只反光镜能在水平或垂直方向上进行调整;另一只反光镜固定于压电陶瓷相移器上，以实现相移。通过系统的校准，被测物体表面的斜率和形状可分别由错位散斑方法和条纹投射方法获得。

　　2测量原理

　　错位散斑和投射条纹的原理已有诸多文献予以阐述[3.4]。图1所示的错位散斑方法适用于离面位移的情况.两个不同时刻的相位差△在X方向和Y方向的投影Δx和ΔY分别为:

　　在图2所示的条纹投射形状测量系统中，激光人射产生的干涉条纹被投射到一个参考平面上。这时CCD照相机输出图像的光强分布Iret可表征为:

3测量结果

　　图3为一块450 X 330铝合金蜂窝板内部缺陷检测结果.探测到的缺陷尺寸为 Φ 15, Φ 20, Φ 30。

　　图4展示了对模型牙齿进行咬合面形状测量的结果。

　　4结论

　　实验表明迈克尔逊干涉仪原理的错位散斑装里光损失小，灵敏度高，对缺陷的探测能力强。这种结构容易实现相位自动测量，相移的稳定性好，干涉条纹细密均匀，也是三维形状测量的有力工具。

　　参考文献

　　[1]J. A. Leendertz, J. N. Butters, An image shearingspeckle pattern interferometer for measuring bendingmoments, J. Phys. E6, 1973,1107-1110.

　　[2]MTakeda，K Mutoh, Fourier transform profilometry forthe automatic measurement of 3-D object shapes[J].Appl. Opt. 1983, 22 (24) , 3977-3982.

　　[3]W. Steinchen, L. X Yang, l0 Ed.，Digital Shearograp:Theory and Application of Digital Speckle PatternShearing Interferometry, Portland, SPIE , 2003.

　　[4]F. Chen, G.从Brown,MSong, Overview of three-dimensional shape measurement using optical methods[J]. Opt. Eng. 2000,39(1)，10-22.