【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光干涉計量測試，特別是一種利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置及方法。
技術介紹
1、表面微觀形貌是高端精密器件的重要特征信息，其納米尺度精密測量技術的日益發展推動著制造工程快速融入現代化科技產業，是未來能源、超精密加工、航天航空和生物醫學等領域技術不斷革新的重要前提和基礎保障。然而，加工環境和測量設備所帶來的振動影響是限制高端精密器件實現高精度白光干涉測量的瓶頸問題。
2、在常規基于時間移相干涉測量的動態白光干涉測量方法中，測量精度依賴于條紋形狀和數量的要求，限制了其對復雜結構表面的測量能力。而基于空間移相干涉測振的動態白光干涉方案，由分束鏡的存在，物鏡難以實現大的數值孔徑，同時相位計算精度易受2π相位模糊問題限制，無法實現絕對振動的提取。同時，現有的基于包絡和相位信息的形貌復原算法無法擺脫中心波長依賴性，限制了動態白光干涉技術更廣泛應用。此外，基于面激光的多通道干涉模型缺乏有效、簡潔的多光束復合干涉光學解耦解調方法。因此對于動態白光干涉測量迫切地需要一種新的解決方案。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置及方法。
2、實現本專利技術目的的技術解決方案為：一方面，提供了一種利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，該裝置利用面激光照明和復合干涉參考配置構造振動測試通道，并通過多腔復合干涉條紋的時序差分、空間移相分析解算出每一幀的振動傾斜相位，與
3、進一步地，所述裝置包括：
4、白光照明單元，用于產生形貌測量所需的白光；
5、面激光照明單元，用于產生振動監控所需的面激光面；
6、白光測試單元，用于產生參考白光和包含待測物件信息的測試光；
7、激光輔助單元，用于產生輔助的參考激光；
8、白光干涉成像單元，用于接收白光干涉條紋信息，并對待測物體進行成像；
9、面激光干涉成像單元，用于接收面激光干涉條紋信息，并對待測物體進行成像。
10、進一步地，所述白光照明單元，包括沿水平方向光軸依次設置的白光光源、第一準直鏡、第一偏振片、第一偏振分束鏡、二分之一波片和匯聚鏡組；
11、所述面激光照明單元，包括沿豎直方向光軸依次設置的激光光源、旋轉散射片、第二準直鏡、第二偏振片、第一偏振分束鏡，以及所述二分之一波片和匯聚鏡組；
12、所述白光測試單元，包括沿豎直方向光軸依次設置的第一四分之一波片、移相器、顯微物鏡和待測件；所述移相器帶動顯微物鏡沿豎直光軸方向位移；
13、所述激光輔助單元，包括沿水平方向光軸依次設置的第二四分之一波片、準直物鏡和反射鏡；
14、所述白光干涉成像單元，包括沿豎直方向光軸依次設置的成像物鏡、分束器、第三偏振片、第一濾光片和探測器；
15、所述面激光干涉成像單元，包括所述成像物鏡、分束器，以及沿水平方向光軸依次設置的第三四分之一波片、第二濾光片和偏振探測器。
16、進一步地，所述第一偏振片的偏振方向為水平方向，第二偏振片的偏振方向為豎直方向，白光照明單元和面激光照明單元分別發出偏振方向水平的p波和偏振方向豎直的s波，且白光照明單元發出的光束光譜范圍不包含面激光照明單元的激光波長，二分之一波片的快軸方向與s波方向成45°。
17、進一步地，所述白光測試單元和激光輔助單元分別設置于第二偏振分束鏡的反射和透射光方向。
18、進一步地，所述匯聚鏡組分別與顯微物鏡、準直物鏡共焦；所述成像物鏡與顯微物鏡共焦。
19、進一步地，所述第一四分之一波片、第二四分之一波片的快軸方向與s波方向成45°。
20、進一步地，所述第三偏振片的偏振方向為水平方向，第一濾光片為短波通，第三四分之一波片的快軸方向與s波方向成45°，偏振探測器能夠獲得每個采樣時間的4幅移相量為π/2的干涉圖。
21、進一步地，所述探測器和偏振探測器均與待測件物像共軛，且探測器和偏振探測器二者同步采集測試數據。
22、另一方面，提供了一種利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量方法，所述方法包括：
23、步驟1，白光光源出射白光并經第一準直鏡、第一偏振片和偏振分束鏡后，偏振態變為p方向，同時激光光源出射激光經旋轉散射片后成為面激光并經過第二準直鏡、第二偏振片，再經過偏振分束鏡后偏振態變為s方向，二分之一波片將p波白光與s波激光的偏振法方向調整為與s波方向成45°，偏振態方向調整后的白光與激光同時被匯聚鏡組匯聚；
24、步驟2，匯聚后的p波白光和s波面激光光束均由第二偏振分束鏡分為兩束，其中一束白光和激光進入白光測試單元，其余光束進入激光輔助單元；
25、步驟3，進入白光測試單元的白光和面激光分別由顯微物鏡的參考面和測試件反射，形成參考白光、測試白光和參考激光、測試激光，這四支反射光束透射過第二偏振分束鏡后進入白光干涉成像單元和面激光干涉成像單元；
26、步驟4，進入激光輔助單元的白光和激光分別由反射鏡反射后，形成輔助激光和背景白光，這里兩次經過四分之一波片，輔助激光和背景白光由p波變為s波，之后輔助激光和背景白光由第二偏振分束鏡反射后進入白光干涉成像單元和面激光干涉成像單元；
27、步驟5，進入白光干涉成像單元的參考激光、測試激光、輔助激光和背景白光被第三偏振片和第一濾光片濾除，其余參考白光和測試白光到達探測器，形成主通道白光干涉條紋iw；
28、步驟6，進入面激光干涉成像單元的參考白光、測試白光和背景白光被第二濾光片濾除，其余s波參考激光和s波測試激光被第三四分之一波片改變為左旋圓偏振光，p波輔助激光被第三四分之一波片改變為右旋圓偏振光；三束左、右旋圓偏振激光同時入射進偏振探測器和探測器，兩者同步采集；三束光形成三組條紋，其中s波參考激光和s波測試激光形成無空間移相的干涉條紋ib，該條紋作為背景強度；p波輔助激光分別和s波參考激光、s波測試激光形成兩組空間移相條紋ips1和ips2，表達式為：
29、
30、
31、式中，ips1(k)是p波輔助激光和s波參考激光形成的第k步的空間移相條紋強度，ips2(t,k)是p波輔助激光和s波測試激光形成的t時刻第k步空間移相條紋強度，aps1和bps1為p波輔助激光和s波參考激光形成的空間移相條紋的背景光強和調制度，aps2和bps2為p波輔助激光和s波測試激光形成的空間移相條紋的背景光強和調制度，φr為p波輔助激光和s波參考激光相位差，φt為p波輔助激光和s波測試激光相位差，t為干涉圖時序標記，p(t)為t時刻振動傾斜相位，k＝0，1，2，3為空間四步移相量；
32、則偏振探測器(27)和探測器(24)中每個偏振象限t時刻第k步的光強分布iadd(t本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，該裝置利用面激光照明和復合干涉參考配置構造振動測試通道，并通過多腔復合干涉條紋的時序差分、空間移相分析解算出每一幀的振動傾斜相位，與白光相位測試通道相結合，實現振動環境下多樣化高端精密器件的高精度動態白光干涉測量。
2.根據權利要求1所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述裝置包括：
3.根據權利要求2所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述白光照明單元(28)，包括沿水平方向光軸依次設置的白光光源(1)、第一準直鏡(2)、第一偏振片(3)、第一偏振分束鏡(4)、二分之一波片(9)和匯聚鏡組(10)；
4.根據權利要求3所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述第一偏振片(3)的偏振方向為水平方向，第二偏振片(8)的偏振方向為豎直方向，白光照明單元(28)和面激光照明單元(29)分別發出偏振方向水平的p波和偏振方向豎直的s波，且白光照明單元(28)發出的光束光譜范圍不包含面激光照明單元(29
5.根據權利要求2所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述白光測試單元(30)和激光輔助單元(31)分別設置于第二偏振分束鏡(11)的反射和透射光方向。
6.根據權利要求2所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述匯聚鏡組(10)分別與顯微物鏡(14)、準直物鏡(18)共焦；所述成像物鏡(20)與顯微物鏡(14)共焦。
7.根據權利要求3所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述第一四分之一波片(12)、第二四分之一波片(17)的快軸方向與s波方向成45°。
8.根據權利要求2所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述第三偏振片(22)的偏振方向為水平方向，第一濾光片(23)為短波通，第三四分之一波片(25)的快軸方向與s波方向成45°，偏振探測器(27)能夠獲得每個采樣時間的4幅移相量為π/2的干涉圖。
9.根據權利要求1所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述探測器(24)和偏振探測器(27)均與待測件(16)物像共軛，且探測器(24)和偏振探測器(27)二者同步采集測試數據。
10.基于權利要求1至9任意一項所述裝置的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量方法，其特征在于，所述方法包括：
...【技術特征摘要】
1.一種利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，該裝置利用面激光照明和復合干涉參考配置構造振動測試通道，并通過多腔復合干涉條紋的時序差分、空間移相分析解算出每一幀的振動傾斜相位，與白光相位測試通道相結合，實現振動環境下多樣化高端精密器件的高精度動態白光干涉測量。
2.根據權利要求1所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述裝置包括：
3.根據權利要求2所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述白光照明單元(28)，包括沿水平方向光軸依次設置的白光光源(1)、第一準直鏡(2)、第一偏振片(3)、第一偏振分束鏡(4)、二分之一波片(9)和匯聚鏡組(10)；
4.根據權利要求3所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其特征在于，所述第一偏振片(3)的偏振方向為水平方向，第二偏振片(8)的偏振方向為豎直方向，白光照明單元(28)和面激光照明單元(29)分別發出偏振方向水平的p波和偏振方向豎直的s波，且白光照明單元(28)發出的光束光譜范圍不包含面激光照明單元(29)的激光波長，二分之一波片(9)的快軸方向與s波方向成45°。
5.根據權利要求2所述的利用面激光的雙通道時序差分動態白光干涉測量裝置，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宗毅，段明亮，李建欣，鐘永燊，王舒毅，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。