[发明专利]一种基于白光干涉零光程差位置拾取算法的微观形貌测量方法

说明书

本发明提供一种基于白光干涉零光程差位置拾取算法的微观形貌测量方法。一种基于白光干涉零光程差位置拾取算法的微观形貌测量方法，其中，包括如下步骤：S1.获取白光干涉模板曲线；S2.垂直扫描被测物体，采集干涉条纹，获取采样点；S3.用重心法或极值法快速粗定位零光程差点；S4.确定搜索范围，取零光程差点周围一定范围内若干个采样点作为待匹配点；S5.用待匹配点与模板曲线在搜索范围内进行匹配，得到精定位的零光程差点；S6.根据零光程差与形貌高度的相关关系得到精确的物体表面形貌的相对高度，进而重建被测物体的3D形貌。本发明算法简单，速度快，精度高，抗噪能力较强。

技术领域

本发明涉及精密光学测量工程技术领域，更具体地，涉及一种基于白光干涉零光程差位置拾取算法的微观形貌测量方法。

背景技术

物体表面的微观形貌很大程度上影响其质量和使用性能。随着超精密加工技术的不断发展，相应的超精密检测技术显得日渐重要。白光干涉测量技术是其中一种非常重要的非接触式表面微观形貌光学测量技术，它解决了激光干涉仪当被测表面不连续高度跃变超过四分之一波长时的相位模糊问题。白光干涉测量的基本原理为：光源发出的光经过光路一部分到达垂直扫描平台上的被测物体上后发生反射作为测量光，一部分光经过光路到达参考镜后反射作为参考光。两束反射光汇聚并经过分光镜，由CCD相机接收。当垂直扫描平台上下扫描使得测量光和参考光的光程差小于光源相干长度时，两束光发生干涉产生白光干涉条纹。当测量光和参考光的光程差等于零时，即零光程差位置，干涉信号的强度达到最大。零光程差位置反映了物体高度的信息，即定位零光程差位置即可重建物体的3D形貌。因此，通过白光干涉信号处理算法精确定位零光程差位置，是白光干涉测量技术的一个关键步骤。当其他因素相同的情况下，白光干涉信号处理算法直接决定了零光程差位置的定位精度和速度，进而决定了重建物体3D形貌的精度和速度。

目前，白光干涉信号处理算法主要有：极值法、重心法、包络曲线拟合法、相移法、空间频域法等。极值法直接利用极大光强值处作为零光程差点，非常简单快速，精度主要由扫描步距决定，同时易受到噪声影响，导致精度较差；重心法计算简单，速度快，但同时也易受噪声的影响，精度不高；白光相移法精度高于极值法和重心法，低于包络曲线拟合法和空间频域法，运算速度适中；包络曲线拟合法有Fourier变换滤波法，Hilbert变换法、小波变换法和直接二次多项式拟合法等方法，总体上来说精度都较高，但运算量较大，耗时长，难以满足在线测量的要求；空间频域法有较高的精度，但需要进行傅里叶变换和最小二乘拟合，运算量较大。

因此，研究能够快速、精确定位零光程差位置的白光干涉信号处理算法重建微观三维形貌，对超精密检测具有重要意义。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于白光干涉零光程差位置拾取算法的微观形貌测量方法。本发明算法简单，速度快，精度高，抗噪能力较强。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于白光干涉零光程差位置拾取算法的微观形貌测量方法，其中，包括如下步骤：

S1.获取白光干涉模板曲线；

S2.垂直扫描被测物体，采集干涉条纹，获取采样点；

S3.用重心法或极值法快速粗定位零光程差点；

S4.确定搜索范围，取零光程差点周围一定范围内若干个采样点作为待匹配点；

S5.用待匹配点与模板曲线在搜索范围内进行匹配，得到精定位的零光程差点；

S6.根据零光程差与形貌高度的相关关系得到精确的物体表面形貌的相对高度，进而重建被测物体的3D形貌。

进一步的，所述步骤S1中，采用垂直扫描平台先以一定步长进行垂直扫描，获得密集的采样点，对采样点进行白光干涉曲线拟合，获取白光干涉模板曲线。