[实用新型]一种基于多路投影技术的大检测范围3D形貌仪

说明书

本实用新型专利公开一种基于多路投影技术的大检测范围3D形貌仪及测量方法，包括多路投影照明模块，3D形貌探测模块及扫描模块；所述的多路投影照明模块用于产生一系列等间隔排列的光片照亮待检测样品，所述的3D形貌探测模块用于捕获被待测样品表面调制的光，所述的扫描模块用于移动扫描或旋转扫描实现对待测样品的全表面探测。应用激光三角法分析多路投影照明模块与3D形貌探测模块所结合的光路结构，建立轴向高度计算模型及横向长宽计算模型，从而可以标定待测样品的空间三轴尺度。由于多路光片投影可覆盖较大检测范围，故本实用新型提供了一种大检测范围的3D形貌仪及其测量方法，有望用于工业样品的大范围多角度高速定量3D形貌测量分析。

技术领域

本实用新型涉及一种基于多路投影技术的大检测范围3D形貌仪及测量方法。

背景技术

光片扫描三维成像技术已经广泛应用于工业样品缺陷检测或生物样品层析成像等领域，因线扫描的覆盖面广、非接触式等优势，该技术有探测效率高、低光毒性、低光漂白等特性。传统光片扫描技术的实现依赖于单一光片逐行步进完成扫描，对于长度较长的一些样品，此情景下3D探测仍然显得不够高效。本实用新型考虑到检测范围等问题，提出一种基于多路投影技术的大检测范围3D形貌仪及其测量方法。应用多路投影技术产生多路间距及宽度可调的光片，结合激光三角法建立定量分析数学模型，实现大范围下待测样品表面全覆盖高速高精度定量3D形貌测量。该套系统结构简单，成本低，有潜力应用于工业样品流水线检测中。

实用新型内容

为克服现有技术在大范围扫描探测中测量效率低下的不足，本实用新型的目的是提供一种基于多路投影技术的大检测范围3D形貌仪及测量方法。

一种基于多路投影技术的大检测范围3D形貌仪包括多路投影照明模块，3D形貌探测模块及扫描模块；所述的多路投影照明模块用于产生一系列等间隔排列的光片照亮待检测样品，所述的3D形貌探测模块用于捕获被待测样品表面调制的光，所述的扫描模块用于移动扫描或旋转扫描实现对待测样品的全表面探测。

在一种可选的实施方式中，所述的多路投影照明模块包括多个投影仪，以阵列形式排布，可调整投影像素块的分布及大小，从而控制投影光片的空间分布及分辨率。

在一种可选的实施方式中，所述的3D形貌探测模块包括成像透镜和CMOS相机，成像透镜和CMOS相机可以任意角度排列，成像透镜的焦距或放大倍率也决定检测的视场角及分辨率。

在一种可选的实施方式中，所述的扫描模块可完成沿垂直于光片的方向的平移扫描或以样品中心为圆心的旋转扫描，其移动的精度也决定还原3D形貌的精度。

在一种可选的实施方式中，对于部分圆柱形样品，实现360°全局扫描检测依赖于扫描模块的旋转。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用多路投影技术产生多路间距及宽度可调光片实现大范围高速高精度定量3D形貌测量，提高探测效率的同时有效避免了搭建多路光片发射器可能导致的照明不均匀或入射角度不一致等问题，同时所建立的激光三角法数学模型可实现3D形貌的定量分析。本实用新型有望应用于工业样品原位流水线上微结构检测等精密测量应用中。

附图说明

图1是本实用新型专利中基于多路投影技术的大检测范围3D形貌仪的示意图；

其中包括：多路光片投影仪（1）、3D形貌探测模块（2）、置于扫描模块上的待测样品（3）、水平方向平移扫描方式（4）、绕轴方向旋转扫描方式（5）。

图2是激光三角法原理图；

其中激光入射角为α，散射角为β，散射光与CMOS相机的夹角为θ，物点到成像透镜的距离为l，像点到成像透镜的距离为d，实际表面相对参考表面的高度为Δz，像点在CMOS像面上的像素偏移为Δx；A和A’是参考表面的物点和像点，B和B’是实际表面的物点和像点，O是成像透镜的中心。

具体实施方式