基于白光干涉的三维形貌测量技术研究文献综述

基于白光干涉的三维形貌测量技术研究

文献综述

1.引言

本毕业设计研究的课题是基于白光干涉的三维形貌测量技术研究，通过研究三维测量算法中的傅立叶变换算法以及空间频域算法并利用C 语言在Visual Studio软件平台上实现对物体表面的三维形貌测量。在研究过程需要参考并学习他人在研究相关课题所得出的结论或是成果，在此基础上来做出更有效、更有创新性的研究成果，参考的文献主要涵盖白光干涉的基本原理与特性、三维检测算法、基于opencv实现算法功能对干涉图像进行处理、对表面的三维测量等方面的内容。

2.研究意义

随着超精密加工技术的不断进步，二元光学元件、MEMS器件、微机械以及半导体器件等精密零件的出现，对相应的微观表面检测技术提出了新的要求。推动了表面微观轮廓三维形貌测量技术的发展。由于超精密零件的表面微观轮廓三维形貌可以真实、全面地反应零件表面质量，因此对零件的微观轮廓三维形貌的测量显得极其重要。通过对零件表面的三维形貌进行检测，评定出零件的优劣和加工方法的好坏，进而指导工程师对加工方法进行改进，提高生产效率和质量。零件表面的粗糙度是指工件表面的加工痕迹的平整和光滑程度^[1],它是零件特性的重要指标之一。因此，表面形貌检测技术得到世界各国的普遍重视和广泛应用。对三维表面形貌的检测,可简单分为接触式与非接触式无损检测。接触式使用触针式传感器,而非接触式无损检测从散射法、散斑法、激光显微干涉一直发展到白光干涉方法,测试原理发生了深刻的变化^[2]。本课题将从白光干涉的原理出发，深入研究基于白光干涉的三维形貌测量技术的研究。

3.国内外发展现状

近年来,由于光学技术被引入表面形貌测量,从而实现了非接触测量。非接触测量技术由于克服了接触式测量的诸多缺点而成为近年来研究的热点,它是光、机、电、磁、软件等多学科交叉形成的一个综合体。表面三维微观形貌测量经历了接触式测量、非接触式测量以及接触式测量和非接触式测量同时发展的阶段。总的来说,两类方法各有其优缺点及所使用的范围。哪一类方法都不可能被另一类方法所替代。干涉是三维形貌测量技术的一大研究方向，近年来，有许多学者都就这一研究方向做了不少的研究，也有相应的表面三维形貌测量方法的研究^[3]。使用白光干涉显微系统来测量零件表面粗糙度拥有精度高、速度快、非接触、测量范围大等优点，己经成为主要的测量方法。光学显微干涉法是将现代显微成像技术和干涉原理相结合，研制出的一种微观表面三维轮廓测试方法。它利用干涉条纹对表面高度信息的敏感度，可以实现纳米级的高度测量。此外，光学显微干涉方法通过一次扫描可以计算全视场的相对高度，具有较高的测量效率。光学显微干涉法又分为单色光干涉法和白光干涉法两种^[4]。在国内外白光干涉法研究的都比较多，但是如何校正测量中出现的系统误差、提高白光干涉算法的计算速度和计算精度仍然是国际上的研究难点和热点^[5][6]。

在现代测量技术中出现了许多微观轮廓测量仪器，其中白光干涉仪发展较快，应用前景广，已经成为一种十分重要的检测手段^[7][8][9]。基于白光干涉技术和相移技术^[10]的白光干涉仪是一种高精度的非接触测量方法，20世纪50年代，国内做了白光干涉技术的基础

性研究并研制出了基本的白光干涉仪，需要人工读数、记录、计算各个参数，效率很低^[11][12][13]。20世纪80年代，Davidson采用Linnik显微结构研制出白光干涉测量系统^[14]。20世纪90年代，Mirau型的干涉显微结构代替了原来的Linnik型干涉显微结构，提高了系统稳定性和抗干扰能力。