数字图像处理技术在平面等倾干涉测量中的应用

　　1　等倾干涉测量的基本原理

　　1.1　平面等倾干涉测量理论

　　以玻璃平尺干涉的光路图为例子,来介绍等倾干涉的测量原理。

　　图1为玻璃平尺等倾干涉的光路图。M为标准长平晶,N为被检玻璃平尺。入射光L在长平晶M的上表面A点处分成两支,一支是反射光1,另一支为折射光。折射光通过长平晶进入空气,形成光线2。由于1和2两束反射光具有相干光的特征,因而在空间产生干涉现象,如果用一个望远系统观察,那么在物镜焦平面上可以观察到由同一锥角的光锥构成的一个圆环,这种干涉称之为等倾干涉。干涉环的变化即反映了被测平尺工作面与标准长平晶之间空气层厚度的变化。当长平晶工作面平面度无误差时,空气层厚度的变化量就为被检玻璃平尺的平面度。

　　1.2　等倾干涉测量理论的数学表示

　　如果两束反射光的波面振幅分别为:

　　当两束反射光的光强相等时,形成的干涉条纹的强度与光程差之间的关系为:

　　由光学理论知识可知,光程差与反射层介质厚度关系如下:

　　如果不考虑半波长,且当α2角很小时,(1)式可以变为:

　　因此通过测量与α2角直接相关的干涉条纹变化,进而推断出空气层厚度h的变化,得到被测量件表面的平面度。

　　2　数字图像处理技术的应用

　　2.1　系统的硬件设置

　　图2(a)给出了检测系统的光路简图,图2(b)给出了检测系统框图。

　　如图2(a)所示,单色光源6发出波长λ为0.5896μm的黄光,经过一系列的光学元件和标准平晶后,在标准平晶和被测平尺9之间的空气层上下两表面反射,形成两束相干反射光,反射光在CCD的成像面上出现明暗相交的等倾干涉条纹。

　　如图2(b)所示,被测件通过光路系统,在CCD的成像面处形成等倾干涉条纹,干涉条纹通过图像采集卡采集,并送入计算机处理,得到某一被标记的干涉条纹的直径。当被测件上各点顺次通过光照区的斑点,CCD视场反映为直径不断变化的干涉环,如果记录某一被标记的干涉环直径的变化值,并对这些值进行数据处理,就可以得到被测量面的平面度。

　　2.2　干涉条纹的数字图像处理

　　因为在等倾干涉测量中,获得干涉条纹直径的变化量是整个测量的关键。在测量以前,要依据检定规程JJG740—1991调整、找正仪器和被检平尺,并移动工作台直到平尺首尾两端的干涉环变化小于1个环为止,此时视场中出现的干涉环图像如图3所示,干涉环条纹的数目应在4环以上10环以下为佳。