2-26 静态干涉条纹图空域分析技术

柴立群 许 乔 谌桂萍 王 健

　　在光学加工业中，数字波面干涉仪是应用最为广泛、测量精度较高的检测仪器。相移技术精度较高，不足之处在于对环境振动较敏感，且相移器的非线性误差可以影响测量结果。空域技术从单幅条纹中提取信息，因而更适合于振动等动态信息的测量与处理。静态干涉图的处理通常分为两类：条纹的自动跟踪算法及空间载波分析法。前者是一种较古老的技术,后者是近几年来快速发展起来的技术，比前者的测试精度高。

　　条纹图像空域处理的基本原理是利用图像中的条纹成分与背景成分的空间频率之间不同将其分离，并确定条纹的位相。空间载波的获得只需要将参考面进行倾斜，操作起来非常简单。

　　从提高测量精度、测量可重复性的角度来说，算法的关键技术主要涉及到干涉条纹的预处理、干涉图的插值算法、频域滤波窗的选择、相位去包裹技术(Phase Unwrapping)及系统误差的去除等等。本研究项目用C⁺⁺编写了测试软件，内部模块关系见图1。

表 1 静态条纹分析软件与ZYGO相移干涉仪分析软件测试对比
　

　　为了检验软件算法，利用标准（选用ZYGO）干涉仪，将待测件在ZYGO上的检测结果作为标准，并通过倾斜测试镜引入较多条纹，在ZYGO上提取干涉图光强信息，利用本软件算法计算并与ZYGO测试结果进行对比。表1主要以二次测试结果为例，对软件的重复性及精度进行说明。结果表明本研究项目的测试软件接近相移测试水平，测试精度可以达到l /20，重复精度达到0.03l ，RMS值基本不变。

　　本研究软件算法较相移算法复杂，可调参数较多，因而采用参数固化的思想，可根据用户对测试速度及精度方面的不同需求作相应的固化处理；软件系统的结构设计采用模块化的思想，可以方便地提供平面和球面的测试转换；对算法关键技术的研究采用理论结合实验的方法，提高了测试软件整体抑制噪声的能力。同时解决了非基2的快速傅里叶变换问题，并在位相信息的提取及解包裹处多次使用,提高了测试精度、减少了计算时间，也提高了测试软件对不同测试口径及形状的适用性及可移植性。