垂直扫描白光干涉测量数据的各种处理算法及其分析.pdf

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1、2010年l1月机床与液压NOV．2010第38卷第21期MACHINET00L&HYDRAULICSV0l_38No．21DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．21．009垂直扫描白光干涉测量数据的各种处理算法及其分析张倩，崔长彩，周晓林(华侨大学机电及自动化技术学院，福建泉州362021)摘要：为得到被测表面的微观信息，根据垂直扫描白光干涉的特点，以阶高92m的微流道为测量对象，测出理论上处在不同高度的3个点的干涉数据，使用改进质心算法、相移干涉法、白光干涉法、白光干涉相移法、包络线拟合法等算法从采集到三组干

2、涉数据中提取出每两点之间的相对高度，并对各种算法提取出的相对高度进行比较和分析。结果证明，相对高度为0的情况下，除包络线拟合法误差较大外，其余各种算法的计算结果都比较理想；相对高度为阶高92Ixm时，白光干涉相移法计算精度最高，实用性较强。关键词：垂直扫描；质心；相移；白光干涉；包络线拟合中图分类号：TH74；TG84文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)21—029—4ResearchonVerticalScanningWhite·lightInterferometricMeasuringAlgorithmsZHANGQia

3、n．CUIChangcai．ZHOUXiaolin(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation，HuaqiaoUniversity，QuanzhouFujian362021，China)Abstract：Toobtainmicrotopographyinformationofmeasuredsurface，accordingtoverticalscanningwhite—lightinterferometriccharacteristics，takingagaugedmicro—flowchanne

4、lwithstepheight92Ixmastheexample，threesetsofinterferometricdataofthreepointsondifferentheightwereobtained．Eachrelativeheightwasobtainedfromthreesetsofinterferometricdatausingimprovedcen—troidalgorithm，phase—steppinginterferometriealgorithm，whitelightinterferometricalgorithm

5、，whitelightphase—steppinginterferomet—ticalgorithmandenvelopefittingalgorithm．Thecalculationheightwascomp~edwitheachother．Theexperimentalresultsshowwhenrelativeheightiszero，eachalgorithmworkswellbutenvelopefittingalgorithm，whenrelativeheightis92m，thewhitelightphase—stepping

6、interferometricalgorithmisthebestoneandmorepractica1．Keywords：Verticalscanning；Centroid；Phase·stepping；Whitelightinterferometrie；Envelopefitting随着科学技术和工业技术的迅速发展，对微观表1垂直扫描白光干涉测量原理面形貌的测量变得越来越重要，而传统的触针式轮廓白光的相干长度很短，只有光程差很小(约仪在测量超精加工表面时，往往会划伤被测表面，测3m)时，两束白光才能发生干涉。当光程差为0量的同时也破坏了表

7、面的质量。在众多的非接触式测时，白光光谱内各个谱线双光束干涉的零级条纹完全量方法当中，相移干涉法虽然测量精度与效率较高，重合，各种波长的光重叠，形成对比度最大的白色零但是在被测台阶的高度小于光源的相干长度时，会发级条纹，即为最佳干涉位置。零级条纹很容易与其他生衍射效应引起相干图的相干包络发生扭曲，条纹的级次条纹区分开来，且干涉范围很小，因此，可以利峰值发生偏移，从而只能测量平滑表面的形貌⋯。为用白光的零级条纹来指示零光程差的位置。满足现代工业和科学技术提出的高准确度、高效率和如图1所示，白光经过分束器分为两束，其中一自动化的测试要求，要求有一

8、种测量精度高、同时对部分光由被测表面发射形成测量光束，另一部分光由被测对象要求较低的测量方法。参考镜反射形成参考光束。测量光束与参考光束在物文中的垂直扫描白光干涉测