波长轮换及相移扫描相结合的表面形貌测量系统.pdf

第 23卷 第 9期 光学 精密工程 Vo1．23 NO．9 2015年 9月 OpticsandPrecisionEngineering Sept．2O15 文章编号 1004—924X(2015)09—2466—07 波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌测量系统 杨练根 ，何 浪 ，王选择 ，刘文超 ，何 涛 (1．湖北工业大学机械工程学院，湖北 武汉430068； 2．湖北省现代制造质量工程重点实验室，湖北武汉430068) 摘要：用光学显微干涉法进行表面形貌测量时其深度测量范围的扩大和形貌测量精度的提高是一对矛盾。为此，本文设计 出了一种基于波长轮换与相移扫描相结合的三波长表面形貌测量系统，并提出了一种基于椭圆拟合与相位差大小尺度相 结合的相位提取与识别算法。将这种算法运用于多波长干涉图像的数据处理，有效地提高了形貌的整体测量精度，并拓展 了深度测量范围。实验结果表明：在深度测量范围扩大近 l5倍 的条件下，采用粗糙度 国家基准校准的方波多刻线样板得 到的表面粗糙度数据与校准数据的相对误差仅为4．12 ，表明该系统在一定的深度范围内能够实现表面形貌的高精度测 量。另外，针对该系统设计的多波长相位识别算法对环境噪声要求不高，可以支持系统的高噪声或在线测量。 关 键 词 ：表面形貌测量；相移干涉 ；波长轮换 ；相移扫描 ；光学显微干涉法 中图分类号 ：TH741．3；TB92 文献标识码 ：A doi：10．3788／OPE2466 Surfacetopographymeasuringsystem basedonwavelength switchingandphaseshiftscanning YANG Lian—gen ，HE Lang ，W ANG Xuan—ze ，LIU W en—chao ，HeTao (1．MechanicalEngineeringSchool，HubeiUniversityofTechnology，Wuhan430068，China； 2．HubeiKeyLaboratoryofModernManufacturing andQualityEngineering，Wuhan430068，China) *CDrresp0咒 gauthor，E-mail：yanglg@mail．hbut．edu．cn Abstract：W henopticalmicroscopicinterferometryisusedtomeasurethesurfacetopography，thereis acontradiction between the enlargementofmeasuring intervaland theimprovementofmeasuring precision．Therefore，a three—wavelength interferencemeasurementsystem forsurface topography wasdesignedbasedonwavelengthswitchingandphaseshiftscanning．A dataprocessingmethod for threewavelength interference imageswas proposed by using the phase extraction and recognition algorithm basedonellipticfittingandcombinedsizescalesofphasedifference．Themethodwasused toDrOcessmulti—wavelengthinterformetricimages，anditeffectivelyimprovestheoverallprecisionof SUrfaeetopographicmeasurementandexpandsthemeasuringinterva1．Experimentalre