Three dimensional optical profilometry using a four-core optical fiber

Abstract

ÖZET Bu çalışma, literatürde ilk kez dört-çekirdekli bir fiber optik kablo kullanarak üç boyutlu katı cisimlerin sekililerinin nasıl ölçüleceğini tarif etmektedir. Fiber optik kablodan çıkan ve küre biçiminde olan dört adet özdeş ışık dalgasının girişimi sonucu, düzenli bir yapıda ışık saçakları(deseni) oluşturulmuş ve bu düzgün desen, katı bir çişimin üzerine tutulmuştur. Bu düzenli ışık deseni, çişimin yüksekliğinden dolayı bozulmuş, ve cismin şeklini İçeren bu bilgi bir dijital kamera kullanılarak görüntülenmiştir. Görüntülenen bu resim bir görüntü yakalama kartı ile dijital bilgi haline getirilmiş ve ardından bu bilginin iki boyutlu Fourier dönüşümü alınmıştır. Uzaysal frekans bölgesinde, sadece belli frekans bandlarını geçiren bir filtre kullanarak, çişimin yüksekliğini barındıran frekans bandı izole edilerek, ve bu bilginin iki boyutlu ters Fourier dönüşümü alınmıştır. Elde edilen faz bilgisinin düzenli aralıklarla yaptığı faz atlamaları bir faz çözme algoritması kullanarak düzenli hale getirilmiştir. Böylece, çişimin üç boyutlu şekli bu düzenli faz bilgisi ışığında açığa çıkmıştır. Bu çalışmada kullanılan iki boyutlu Fourier dönüşümü, sinyalin daha iyi ayrılmasına ve parazitinin azalmasına yol açmıştır. Diğer fiber optik tabanlı yüzey kesit ölçüm teknikleri ile karşılaştırıldığında, bu çalışmada kullanılan dört çekirdekli fiber optik kablo, optik sinyali eşit olarak bölen fiber optik kuplör devre elemanının kullanılması ve fiber uçlarının hizalanması zorunluluğunu ortadan kaldırmış, ve böylece kullanılan yüzey ölçüm sistemi daha ufak ve daha kararlı hale gelmiştir. vı

ABSTRACT This study describes the use of a four-core optical fiber for the first time for measurements of three-dimensional rigid-body shapes. A fringe pattern, which was generated by the interference of four wavefronts emitted from the four-core optical fiber, was projected on an object's surface. The deformed fringe pattern containing the information of the object's height was captured by a digital CCD camera. The two- dimensional Fourier transformation was applied to the image, which was digitized by using a frame grabber. After filtering this data in its spatial frequency domain by applying a bandpass filter, the two-dimensional inverse Fourier transformation was applied. A phase- unwrapping algorithm was applied to convert this discontinuous phase data to a continuous one. Finally, the shape information of the object was determined. The two-dimensional Fourier transformation analysis used in this study permitted a better signal separation and a better noise reduction. Compared to other optical profilornetry techniques, which are based on fiber optics, the use of a four-core optical fiber in this study ruled out the necessity for using a fiber coupler and the alignment of fiber ends. Thus, it increased the compactness and the stability of the fringe projection system.