【大学课件】数字干涉测量方法及面形的三维干涉测量及评价

1、1 数字干预测量方法 及面形的三维干预测量及评价 一、实验目的一、实验目的 了解激光干预的近代方法了解激光干预的近代方法数字干预技术的原理和数字干预技术的原理和 方法；方法； 掌握干预的实时检测技术；掌握干预的实时检测技术； 了解数字干预方法的特点及应用场合；了解数字干预方法的特点及应用场合； 了解外表三维形貌的高精度实时测量原理；了解外表三维形貌的高精度实时测量原理； 实测一个平面光学零件的外表形貌并对评价指标实测一个平面光学零件的外表形貌并对评价指标PV， RMS的定义有所掌握。的定义有所掌握。 2 二、实验原理二、实验原理 随着电子技术与计算机技术的开展，并与传统的干随着电子技术与计算机

2、技术的开展，并与传统的干 预检测方法结合，产生了一种新的位相检测技术预检测方法结合，产生了一种新的位相检测技术 数字干预技术，这是一种位相的实时检测技术。数字干预技术，这是一种位相的实时检测技术。 这种方法不仅能实现干预条纹的实时提取，而且可这种方法不仅能实现干预条纹的实时提取，而且可 以利用波面数据的存储功能消除干预仪系统误差，以利用波面数据的存储功能消除干预仪系统误差， 消除或降低大气扰动及随机噪声，使干预技术实现消除或降低大气扰动及随机噪声，使干预技术实现 /100的精度，这是目前干预仪精度最高的近代方的精度，这是目前干预仪精度最高的近代方 法。法。 光源 L1 L2 4 2 3 1 驱

3、动器 计算机 软件 数字干涉系统 L1准直物镜，L2成像物镜，1被测件，2参考镜， 3压电器件（PZT） ，4成像光电器件（CMOS） 3 参考镜参考镜2由压电陶瓷由压电陶瓷PZT驱动，产生位移。此位移的频率与驱动，产生位移。此位移的频率与 移动量由计算机控制。设参考镜的瞬时位移为移动量由计算机控制。设参考镜的瞬时位移为li，被测外表，被测外表 的形貌面形为的形貌面形为w(x,y)，那么参考光路和测试光路可分，那么参考光路和测试光路可分 别用下式表示：别用下式表示： )(2exp iR lskiaU ),(2expyxwskibU t 22 22 ( , , )2cos2 ( , ) 2cos

4、2cos2sin2sin2 ii ii I x y lababk w x yl ababkwklkwkl 干预场中任意一点的光强都是干预场中任意一点的光强都是li的余弦函数。由于的余弦函数。由于li随时间变随时间变 化，因此光强是一个时间周期函数，可用傅里叶级数展开。化，因此光强是一个时间周期函数，可用傅里叶级数展开。 iii klbklaalyxI2sin2cos),( 110 0 1 1 1 1 1 2 ( , , ) 2 ( , , )cos2 2 ( , , )sin2 n i i n ii i n ii i aI x y l n aI x y lkl n bI x y lkl n 4

5、 从而求得被测波面，由下式给出：从而求得被测波面，由下式给出： 11 11 1 1 2 ( , , )sin2 11 ( , ),0,1,2,3 2222 ( , , )cos2 n i in i I x y likli bn w x ytgtglii kakn I x y likli n 为进一步降低噪声，提高测量精度，可用为进一步降低噪声，提高测量精度，可用P个周期进行驱动个周期进行驱动 扫描，测量数据作累加平均，即扫描，测量数据作累加平均，即 pn i ii pn i ii kllyxI n kllyxI n tg k yxw 1 1 1 2cos),( 2 2sin),( 2 2 1

6、),( 上式说明孔径内任意一点的位相可由该点上的上式说明孔径内任意一点的位相可由该点上的np个光强个光强 的采样值计算出来，因此，可获得整个孔径上的位相。除的采样值计算出来，因此，可获得整个孔径上的位相。除 实现自动检测外，还可以测定被测件的三维形貌。实现自动检测外，还可以测定被测件的三维形貌。 5 采用数字干预测量原理进行面形的三维测量，与前面所不采用数字干预测量原理进行面形的三维测量，与前面所不 同的是测量中采用了扫描技术，因而可以实现面形的三维同的是测量中采用了扫描技术，因而可以实现面形的三维 测量。高精度光学平面零件的面形精度可用以下二个评价测量。高精度光学平面零件的面形精度可用以下二

7、个评价 指标，如以下图所示。指标，如以下图所示。 1PV值：是外表形貌的最大峰谷值值：是外表形貌的最大峰谷值 2RMS值：是外表形貌的均方根值，值：是外表形貌的均方根值，RMS的定义是：的定义是： PV RMS 表面形貌 面形精度的评价 1 2 N v RMS Txv i N x T i xi单次测值 N重复测定次数 6 三、实验光路三、实验光路 同实验同实验精密位移量的激光干预测量方法及实验精密位移量的激光干预测量方法及实验 (加加PZT) 四、实验记录四、实验记录 被测工件：平面镜 序号PVRMSEM 等高图（凹 或凸） 1 2 3 4 7 五、思考题五、思考题 1. 采用以下方法可以提高

8、测量精度吗采用以下方法可以提高测量精度吗? a. 增加一个周期内的台阶数增加一个周期内的台阶数(n)； b. 增加扫描增加扫描 的周期数的周期数(p) 2. 测量精度一般由测量正确性和测量重复性组成，测量精度一般由测量正确性和测量重复性组成， 试分析增加试分析增加n或或p的作用以及利弊关系的作用以及利弊关系 3. 试分析决定数字干预仪测量准确性的因素和提试分析决定数字干预仪测量准确性的因素和提 高测量准确性的主要方法高测量准确性的主要方法 4. 你知道测量外表三维形貌有什么意义和作用吗？你知道测量外表三维形貌有什么意义和作用吗？ 试比较本方法与你了解的其它方法例如轮廓试比较本方法与你了解的其它方法例如轮廓 探针法，三坐标测量机法，共焦法等的优缺探针法，三坐标测量机法，共焦法等的优缺 点。点。 5. 为什么说本方法可以消除干预仪自身的系统误为什么说本