[發(fā)明專利]相移及相傾可切換雙模式干涉測量裝置及其測量方法

在審

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• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN104634459A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李建欣;劉成淼;郭仁慧;沈華;馬駿;朱日宏;陳磊;何勇;高志山;王青
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02;G01J3/45
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光干涉測試領(lǐng)域，特別是一種相移及相傾可切換雙模式干涉測量裝置及其測量方法，可以克服環(huán)境振動干擾。

背景技術(shù)

干涉技術(shù)是光學(xué)測試中非常有用的一項技術(shù)，它通過條紋的數(shù)字化處理來獲得相位分布。為了實現(xiàn)高精度的相位提取，通常采用相移干涉PSI（Phase?Shifting?Interferometry）技術(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)PSI技術(shù)中，需要利用相移器對干涉相位進(jìn)行等間隔平移，移動量通常為π/2。由此形成了很多的相移計算方法，目前廣泛應(yīng)用于各種干涉測試場合。

相移干涉技術(shù)為了實現(xiàn)等間隔相移，嚴(yán)格的相位標(biāo)定是一個非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。然而，相位標(biāo)定處理跟相移器硬件相結(jié)合，實現(xiàn)比較復(fù)雜；另一方面，干涉測試系統(tǒng)隨著使用時間的增加，相移器性能下降，從而影響相移的穩(wěn)定性。為了克服該技術(shù)問題，可以采用隨機相移技術(shù)，不需要嚴(yán)格的等間隔相位移動。但是，無論是標(biāo)準(zhǔn)相移技術(shù)還是隨機相移技術(shù)，在振動受擾環(huán)境下進(jìn)行使用都無法避免振動帶來的計算誤差影響。振動的影響實質(zhì)上是使相位平面發(fā)生了傾斜，因此抗振干涉方法主要是從硬件方案和軟件算法等方面來消除相位平面傾斜的影響。美國4D公司生產(chǎn)的動態(tài)干涉儀采用同步相移的方法，可一次性獲得多幅干涉圖，有效的克服了環(huán)境振動對測量的影響。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對光機實現(xiàn)的要求很高，價格昂貴。因此，發(fā)明低成本并且能夠有效克服振動干擾的干涉測試方法和裝置具有重要應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種相移及相傾可切換雙模式干涉測量裝置及其測量方法，能夠在振動測量環(huán)境下得到高精度的干涉測量結(jié)果，而且結(jié)構(gòu)實現(xiàn)容易，成本較低。

技術(shù)方案

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種相移及相傾可切換雙模式干涉測量裝置，包括干涉儀，參考鏡，參考鏡位移調(diào)整裝置和計算機，位移調(diào)整裝置設(shè)置在干涉儀光線出射口前端，干涉儀與計算機連接；位移調(diào)整裝置包括第一壓電陶瓷驅(qū)動器、第二壓電陶瓷驅(qū)動器、第三壓電陶瓷驅(qū)動器和參考鏡夾持結(jié)構(gòu)；參考鏡夾持結(jié)構(gòu)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，參考鏡放置在參考鏡夾持結(jié)構(gòu)的圓環(huán)中心，第一壓電陶瓷驅(qū)動器、第二壓電陶瓷驅(qū)動器、第三壓電陶瓷驅(qū)動器均勻?qū)ΨQ分布在參考鏡夾持結(jié)構(gòu)的外環(huán)圓周上。

一種相移及相傾可切換雙模式干涉測量裝置的測量方法，步驟如下：

步驟一：判斷待測件所處的測量環(huán)境是否存在機械振動，若沒有機械振動，進(jìn)入步驟二；若存在機械振動，進(jìn)入步驟三。

步驟二：在相移測試模式下：

2-1）干涉儀射出干涉光線，位移調(diào)整裝置對參考鏡位置進(jìn)行等間隔平移調(diào)整，即相移步進(jìn)，得到四幅相移干涉圖，每一幅干涉圖的相移量均為π/2；

2-2）干涉儀探測接收四幅相移干涉圖，并將其傳入計算機；

2-3）計算機利用四步相移算法恢復(fù)待測件的被測相位。

步驟三：相傾測試模式下：

3-1）干涉儀射出干涉光線，位移調(diào)整裝置共步進(jìn)N步，其中N>6，前N-1步參考鏡進(jìn)行相移步進(jìn)，第N步時，改變參考鏡傾斜角度，即三個壓電陶瓷驅(qū)動器中兩個壓電陶瓷驅(qū)動器電壓一致，另一個壓電陶瓷驅(qū)動器電壓不同，共得到N幅干涉圖，其中最后一幀干涉圖的條紋數(shù)大于10；

3-2）干涉儀探測接收N幅干涉圖，并將其傳入計算機；

3-3）計算機通過相傾干涉算法恢復(fù)待測件的被測相位。

本發(fā)明與現(xiàn)有干涉測量技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：

（1）相比于現(xiàn)有相移干涉測試裝置，本發(fā)明增加了相傾干涉測試模式，提高了測量儀器的適用范圍。

（2）相比于一般干涉測試方法，增加的相傾干涉測試法具有高魯棒性與計算精度，可以用于振動受擾環(huán)境下的干涉測量，實現(xiàn)高精度分析。

（3）相比于現(xiàn)有的抗振干涉方法與裝置，本發(fā)明結(jié)構(gòu)實現(xiàn)容易，成本較低。

附圖說明

圖1為實現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置結(jié)構(gòu)示意。

圖2為相位傾斜干涉圖，其中最后一幅為高載頻干涉圖。

圖3為Radon變換示意圖；其中(a)為兩干涉圖相減后的二值化圖像，(b)為Radon變換后的峰值圖像。

圖4為四步移相干涉圖。

圖5為測試結(jié)果的二維相位分布；其中(a)為相傾方法得到的相位，(b)為相移方法得到的相位。

具體實施方式