长度测量中干涉条纹的自动识别技术研究

　　0　引言

　　端面长度标准是实物长度标准中的大类之一,量块是典型的端面长度标准,其长度由两个经过精细抛光的平行平面之间的距离确定[1~2].以柯氏干涉仪上测量量块中心长度为例,被测量块研合在一块称为平晶的量块辅助体工作面上,并置于干涉仪的测试光路中·当用单色光照射时,在干涉仪视场中能看到两组干涉条纹.一组产生于量块工作表面,另一组产生于量块四周的辅助体平晶工作面上.由于投射到平晶上的光线所经过的光程要大于投射到量块表面上的光程,待测量块的中心长度L不一定是测量波长的λ/2的整数倍,因此两组条纹间有一相对位移,它对应于两部分光线的光程之差,即被测长度L的2倍.被测量块测量面中心位置与被测量块朝下测量面相研合(辅助平板)的钢平晶测量面对应中心位置点处的干涉条纹级次,其数量至少在几千到几十万之间,使用干涉条纹的小数部分重合法就可以不必考虑为数庞大的干涉条纹的整数部分N,但可以读出干涉条纹的小数部分ε[3].过去,这个过程都是用目测估读来完成的,人为带来的误差和劳动强度相对而言比较大.

　　本文应用数字图像处理技术以及快速傅里叶变换(FFT)方法,对测量端面长度标准中干涉条纹图的处理方法进行了研究,实现了测量中干涉条纹图小数的自动读取,不仅实现了测试过程的自动化,而且大大地提高了测量结果的精度.作为实例,文中给出了在柯氏干涉仪上测量典型端面长度标准量块的干涉条纹小数部分的测量结果.

　　1　激光干涉法测量长度的基本原理

　　干涉法测量端面长度标准的基本原理是,设法使被测长度和干涉仪的光程差相联系,再设法测出干涉仪光程差的变化量,从而得到被测长度[4]·测量长度计算的基本方程为

　　L=(N+ε)λ/2+C      (1)

　　式中L为被测量块中心长度, N为干涉条纹整数部分,ε为干涉条纹小数部分,λ为测量用波长, C为修正值之和.

　　图1为智能化新型柯氏干涉仪光路原理图.两个频率稳定、光强大且相干长度长的He-Ne激光器(633 nm和543 nm)为干涉仪提供测量波长,测量结果报告表由计算机控制打印机输出,完成一个被测量块的自动化测量过程.图2表示测量量块中心长度时,用633 nm的激光采集到的干涉条纹图,图中干涉条纹的小数部分ε=m/M,式中,M为与被测量块相研合的钢平晶(辅助平板)上看到的两干涉条纹之间的间隔;m为被测量块测量面中心与钢平晶测量面上看到的在其左边相邻的那一根干涉条纹之间的距离.

　　2　干涉条纹图小数的自动读取