專利名稱：一種采用多波長(zhǎng)剪切干涉測(cè)量物體表面形貌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用多個(gè)波長(zhǎng)激光剪切干涉測(cè)量物體表面形貌獲取高精度測(cè)量結(jié)果的方法，屬于物體表面形貌測(cè)量、光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
相干梯度敏感方法即剪切干涉方法是上世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的力學(xué)領(lǐng)域一種測(cè)量物體表面形貌的光學(xué)方法，具有非接觸全場(chǎng)測(cè)量、對(duì)振動(dòng)不敏感等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于物體斷裂和測(cè)量物體表面形貌等領(lǐng)域。在測(cè)量物體表面形貌時(shí)，相干梯度敏感方法利用單個(gè)波長(zhǎng)激光剪切干涉得到包含被測(cè)物體表面形貌的干涉條紋圖，利用傅里葉圖像變換提取干涉條紋相位，利用條紋相位同表面形貌參數(shù)的關(guān)系從條紋圖中可提取出被測(cè)物體表面斜率，通過進(jìn)一步幾何分析計(jì)算可以得到被測(cè)物體表面曲率。上述從獲得的剪切干涉條紋圖中利用條紋相位與被測(cè)物體表面斜率關(guān)系提取被測(cè)物體表面形貌信息過程，獲得的條紋相位分布是離散的，經(jīng)過差分計(jì)算獲取物體表面曲率，這其中帶來的誤差和條紋的疏密程度有關(guān)，條紋越稀疏，差分的誤差越大。特別被測(cè)物體表面曲率是表面斜率的微分，經(jīng)過差分運(yùn)算后誤差將被放大一個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然可以通過實(shí)驗(yàn)參數(shù)的調(diào)節(jié)如增大兩剪切光柵的距離和使用高密度光柵來提高獲得條紋密度更高的條紋圖，但條紋分布始終是離散的，計(jì)算中插值造成的誤差只能被減小而不能被消除，所以人們不斷努力通過改進(jìn)圖像處理計(jì)算方法和完善實(shí)驗(yàn)設(shè)備來提高測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種采用多波長(zhǎng)剪切干涉測(cè)量物體表面形貌的方法，在保持具有剪切干涉方法非接觸全場(chǎng)測(cè)量、對(duì)振動(dòng)不敏感等優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，大大提高物體表面形貌測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量被測(cè)物體表面形貌。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:多波長(zhǎng)剪切干涉測(cè)量物體表面形貌的方法采用多波長(zhǎng)剪切干涉物體表面形貌測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)包括k個(gè)波長(zhǎng)不同的激光器、合束裝置、擴(kuò)束裝置、分光鏡、第一透射光柵、第二透射光柵、透鏡、光闌、反射光柵、k個(gè)CXD相機(jī)，其中k為大于等于2的整數(shù)；不同波長(zhǎng)激光器發(fā)出的激光經(jīng)過合束裝置合成一束激光，經(jīng)過擴(kuò)束裝置擴(kuò)束后透過分光鏡照射到表面經(jīng)過處理能反光的被測(cè)物體表面，從被測(cè)物體表面反射后的激光由分光鏡反射后依次經(jīng)過第一透射光柵和第二透射光柵剪切干涉形成干涉條紋，再透過透鏡和光闌僅使+1級(jí)次干涉條紋到達(dá)反射光柵，通過反射光柵將不同波長(zhǎng)的干涉條紋分開反射，分別用CCD相機(jī)記錄各個(gè)不同波長(zhǎng)激光的干涉條紋，針對(duì)每個(gè)不同波長(zhǎng)的激光干涉條紋，利用傅里葉光學(xué)分析得到+1級(jí)次干 涉條紋的條紋級(jí)數(shù)、激光波長(zhǎng)和被測(cè)物體表面斜率的關(guān)系:
權(quán)利要求
1.一種采用多波長(zhǎng)剪切干涉測(cè)量物體表面形貌的方法，其特征在于，所述方法采用多波長(zhǎng)剪切干涉物體表面形貌測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)包括k個(gè)波長(zhǎng)不同的激光器、合束裝置、擴(kuò)束裝置、分光鏡、第一透射光柵、第二透射光柵、透鏡、光闌、反射光柵、k個(gè)CCD相機(jī),其中k為大于等于2的整數(shù)； 不同波長(zhǎng)激光器發(fā)出的激光經(jīng)過合束裝置合成一束激光，經(jīng)過擴(kuò)束裝置擴(kuò)束后透過分光鏡照射到表面經(jīng)過處理能反光的被測(cè)物體表面，從被測(cè)物體表面反射后的激光由分光鏡反射后依次經(jīng)過第一透射光柵和第二透射光柵剪切干涉形成干涉條紋，再透過透鏡和光闌僅使+1級(jí)次干涉條紋到達(dá)反射光柵，通過反射光柵將不同波長(zhǎng)的干涉條紋分開反射，分別用CCD相機(jī)記錄各個(gè)不同波長(zhǎng)的激光干涉條紋，針對(duì)每個(gè)不同波長(zhǎng)的激光干涉條紋，利用傅里葉光學(xué)分析得到+1級(jí)次干涉條紋的條紋級(jí)數(shù)、激光波長(zhǎng)和被測(cè)物體表面斜率的關(guān)系:
全文摘要
一種采用多波長(zhǎng)剪切干涉測(cè)量物體表面形貌的方法，涉及被測(cè)物體表面形貌測(cè)量、光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。該方法利用多波長(zhǎng)剪切干涉測(cè)量被測(cè)物體表面形貌，同時(shí)得到多個(gè)波長(zhǎng)的激光干涉條紋圖，利用這些干涉條紋圖像得到被測(cè)物體表面的斜率、曲率分布和形貌。本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，較普通單個(gè)波長(zhǎng)剪切干涉測(cè)量被測(cè)物體表面形貌精度大大提高，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)實(shí)時(shí)在線高精度測(cè)量被測(cè)物體表面形貌。
文檔編號(hào)G01B11/24GK103234478SQ20131012351
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者馮雪, 張長(zhǎng)興, 董雪林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)