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新型全息光学测头的研制

2012-12-07 14:33
棒棒书香
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  本文设计了一种新型全息光学测头,这种测头通过新型全息光学元件(NHOE),将被测表面的两个测点的信息综合在一个接收器上,利用自补偿原理,消除了被测表面相对光轴倾斜对测量结果的影响。

  一、前 言

  三维物体形貌的测绘和位移的测量走过了很长的历程。机械探针式的测量方法由于受其接触式测量及扫描速度低等缺点,逐渐被速度快、准确度高、非接触的光学测量方法所代替。目前使用的光学测量仪器中多数应用了干涉法、散斑法、离焦法和激光三角法等原理,但都不同程度地受到因被测面倾斜而给测量结果带来误差的困扰,同时由于光路中使用了大量透镜和分光棱镜,而使得光学测头复杂、昂贵,给仪器的小型化带来困难。近十年来,随着半导体激光器的广泛使用,开始有人尝试用全息光学元件(HOE)代替上述光路中的部分透镜和分光棱镜,使测头的小型化步入一个新的阶段,但因被测面倾斜所造成的测量误差仍未能得到有效消除,而影响使用准确度。也有人尝试用光投影方法构造系统,得到对被测面倾斜的影响较为满意的抑制效果,但测头仍相当复杂。本文将介绍——种新型计算全息光学测头,该测头通过其中的核心元件一新型全息光学元件(NHOE),有效地消除了被测表面相对光路倾斜对测量结果的影响。同时由于整个测头只有五个光学元件,因而又具有体积小、重量轻、成本低等优点。该测头已申报实用新型专利。

  NHOE是在HOE基础上设计的,因而有必要先阐述一下HOE的基本原理。

  二、HOE基本原理

  利用HOE的测头基本光路如图1所示。该光路由半导体激光器LD、全息光学元件HOE、物镜、四象限光电接收器4PD等四个光学元件组成。当被测面分别位于聚焦点外、聚焦点及聚焦点内等不同位置时, 4PD各个象限接收到的光强分布分别如图1 (a)、(b)、(c)所示。测头输出信号E0按式

     

  对4PD四个象限的输出V1、V2、V3、V4运算后得出。

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