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1、第17卷年第5期Vlo.17,No.51996应用光学一1996动态三维面形测量马品仲(中国科学院南京天文仪器研制中心),、【摘要】本文简述三维测盆的必要性和要求提出用光栅莫尔三维测量激光全息干涉计量和计算机全息干涉计童的工作原理。关键词光栅激光全息三维测量E一MASUREMENTOFDYNAMIC3DSURFACEPROFILEMaPinzhongnngAstronon`tituteResearehCenrer,Aeadem饭Siniea(NjlmicalI)Abstraet:Theneeessityandrequjrelnentsr一D
2、measurelJ1.ntaredeseribedbriefIy,andfo3rheoPerationPrinesPlesofthegratingMoire一Dnleasurenienr,laserholosraPhiejnterferoe-3maneo一n一.trydPuterseneratedholosraPhicinrerferometryarePresentedKeywords:srading,laserl飞olosraPI一y,tl飞ree一djnlensionmeasure月飞enr1引言距离高精度自动测量。随着零件轮廓复杂化、
3、精密化,要求实,时测量零件的立体面形和误差以便于实时2光栅莫尔三维测量.,21修改加工误差这就需要采用动态三维面形测量原理测量技术。大型水坝在洪水期变形的安全极利用被测物体表面上的粗光栅线投影与限测量大型高炉和高层建筑物在强台风下变基准粗光栅叠合时所产生的莫尔等高线图,形是否,。1超过安全极限测量飞机在风洞内变即可测量被测物体面形及其变化图利用,。形与在机场上起落是否正常监测核电站内两块栅距一致的粗光栅光源经粗光栅G:照,,肿瘤在强放射线治疗下的癌变明被测物体另一块基准粗光栅G:反应堆监控装在照相,、,情况监测各种高温高压和地下设施等危机镜
4、头或ccD像面上这样可对很大物体作,,险地区变形监测等均需无人自动监测或遥光栅像投影并实时用照相机或ccD摄下远控监测。为此提出用基于粗光栅阴影法测量距离物体的面形、动态变形及位移时的光栅物体三维面形的莫尔等高线测量技术、激光莫尔等高线图。通过望远镜或高速摄影机可全。、息三维干涉计量和计算机全息干涉计量拍摄飞机在风洞内的变形和流变海浪起伏这些光学非接触式实时快速测量技术适合长和大坝变形等。48周的移,。,动区域中心偏低调整时被测件最高点为一小片的条纹定为。0级’.呱一刁入,亏荃准姗、刀沙入.介:苏人一\沪怀刘冈V才伙V目图1投影型莫尔等高
5、线测量原理(。)环形纹向中心移为凸(b)环形纹向四周移为凹,利用光栅投影相干原理可计算被测物图2试件表面局部区域高低的判断,1。Z,面形如图所示由于dA君F叻dA从L故._一’23测量装置:1:l,“;忍一尸一d~人”上`(、一h`+’“l)即一r召.尸=一一一’又一因“”“hl+l一~采用口径必80nlm和焦距f=500mm的Z``Z,::a.dEFL的』EFL故E尸p二l即E尸,。望远镜将粗光栅投影到被测物上再用同,_i二伯2P兀dh川排川,to互F’“`。样口80m和f=500mm的望远镜将ah:+l了任于降一不子二石万径必..,一1
6、被测物上粗光栅投影线与基准栅叠合相干设透镜乙1和LZ的焦距为,f贝,们丁十,涉并成像在望远镜焦面上的面阵cCD摄像a11l1_1一f林一,,一一f一于是有一,a机上经模数转换和数据处理后即可得实一一一忿`7一q沁~J,测面形偏离理论面形的误差并实时显示在fl:。由此得计算机显示屏上也可用绘图仪画出立体误l一了、。2尹_12尹尹差面形图等高线图并打出其误差值望远1_l(l一f)nl-甲于---~弋二;二二~-,,_~a`一P`JI少`一气`一J)P镜可由检测人员远距离对准被测目标并调“;,不了一。,焦对遥控观测系统可由步进电机控制俯仰同样,△
7、ED刀L:LZ:刀的△可得—和方位角来对准目标,并通过齿轮条机构自_l(l一f)2尹n,`二二吮尸于---,尸尸--二份-弋犷动,。J德一戈求一J)乙P调焦确保被测物面形成像清晰2.3光栅莫尔三维测量优点同理可得第N个条纹相对基准面的高;:(l)可直观地观测试件变形(2)可连度续;ll(一f)NP测量应力应变(3)可测较大物体的三维h万;f法一(l一f)NP轮廓及其变形(4)可用高速相机测变化速式中,h二为基准面到第;;、。N级等高线距离f度极快的运动体(5)结构简单成体低为透镜焦距;a为像距;铭为两透镜间距;l为;尹。物距为光栅节距3激光
8、动态全息三维干涉计量.,1对试件表面凸或凹的判断可由图2看3全息照相原理,。,出环形条纹包围的区域一般为高区或低区全息照相不是透镜成像而是一个光干当基准栅平行离开试件表面时,环形
