基于激光干涉条纹的表面形貌测量关键技术研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于激光干涉条纹的表面形貌测量关键技术研究学科专业光学工程学号201521050334作者姓名刘光明指导教师余学才教授分类号密级注1UDC学位论文基于激光干涉条纹的表面形貌测量关键技术研究（题名和副题名）刘光明（作者姓名）指导教师余学才教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学工程提交论文日期2018.4论文答辩日期2018.5学位授予单位和日

2、期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席刘永评阅人刘永魏雄邦注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonKeyTechniquesofSurfaceMorphologyMeasurementBasedonLaserInterferenceFringeAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:OpticalEngineeringAuthor:GuangmingLiuSuperviso

3、r:Prof.YuXuecaiSchool:SchoolofOptoelectronicSinenceandEngineering摘要摘要随着集成电路、制作加工、材料研究等行业的发展，对表面的形貌测量要求越发苛刻。光学测量通过整合光学、电工学、微机运算及数字图像处理技术，以其非接触性、精度高、三维性、快速性与实时性等特点而得到广泛研究与应用。本文提出将激光干涉条纹应用于物体的3D形貌测量，克服了传统结构光受光栅粗细限制的缺点，能得到密集的干涉条纹。重点研究了相位测量轮廓术和傅里叶变换轮廓术中的关键技术；深入研究了所需要的数字

4、图像滤波；对两种轮廓术均进行了实验研究，并获取了被测物体的形貌还原结果。结果表明，论文所提出的基于激光干涉条纹阵列来获取物体表面3D形貌的方法是切实可行的。本论文的主要研究工作如下：1.根据剪切干涉原理实现激光干涉条纹阵列，设计实验光路并搭建实验平台，对条纹随时间变化的稳定性和频谱特性进行了实验研究。2.利用相位测量轮廓术和傅里叶变换轮廓术方法实现被测物体表面的3D形貌还原，对两种方法都进行了理论推导和实验测试，并对形貌还原结果中存在的问题进行了分析。最后对两种轮廓术的技术核心和适用场景进行了归纳。3.对截断相位的展开原理进

5、行了推导，将最基本的二维相位展开算法进行了简单改进，在保证时间效率的前提下，提高解包裹运算的正确率。4.对课题中所需的数字图像滤波进行了深入研究，给出了基频中心位置、基频选取宽度及直流分量与基频之间波谷分界点的确定方法；对一维离散傅里叶变换进行改进，实现对频谱更细微的观察与处理，对带通滤波做了进一步的探讨。关键词：激光，剪切干涉，形貌测量，相位测量轮廓术，傅里叶变换轮廓术IABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofintegratedcircuits,manufacturingprocess,a

6、ndmaterialsresearch,therequirementsforthree-dimensionalmorphologymeasurementofsurfacearebecomingincreasinglydemanding.Opticalmeasurementintegratesoptics,electrotechnics,computercomputing,anddigitalimageprocessingtechnology.Ithasbeenwidelystudiedandappliedduetoitsno

7、n-contact,highprecision,three-dimensional,rapidandreal-timecharacteristics.Inthisthesis,thelaserinterferencefringehasbeenappliedto3Dmorphologymeasurementofobjects,whichovercamethedisadvantagesofthetraditionalstructuredlighttypethatthelightislimitedbythethicknessdeg

8、reeofthegratingandgotdenseinterferencefringes.ThisarticlefocusedonkeytechniquesinphasemeasurementprofilometryandFouriertransformprofilometry,stud