專利名稱：一種使用菲索干涉儀檢測(cè)被測(cè)元件的快速自動(dòng)調(diào)整的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種使用菲索干涉儀檢測(cè)被測(cè)元件的快速自動(dòng)調(diào)整的方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)檢測(cè)的精度與重復(fù)性直接影響著光學(xué)元件的加工與光學(xué)系統(tǒng)的制造的技術(shù)水平，隨著光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，光學(xué)元件加工精度要求的不斷提高，對(duì)光學(xué)檢測(cè)也提出了更高的要求。菲索干涉儀被廣泛應(yīng)用于光學(xué)元件的面形檢測(cè)，曲率半徑檢測(cè)和光學(xué)系統(tǒng)透過波前檢測(cè)等方面，是光學(xué)檢測(cè)中一種重要設(shè)備。一般的檢測(cè)過程是在安裝被測(cè)元件后，人工調(diào)整被測(cè)元件的姿態(tài)與位置，通過觀察顯示器上的干涉圖像，反復(fù)調(diào)節(jié)，直到出現(xiàn)理想的干涉條紋圖像，再通過菲索干涉儀進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)，最終輸出檢測(cè)結(jié)果。上述的方法一方面需要操作人員具有一定的干涉檢驗(yàn)知識(shí)和調(diào)整操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高，而且需要反復(fù)多次的人工調(diào)整，才能得到較好的檢驗(yàn)結(jié)果；另一方面由于人工判讀干涉條紋，不同的操作人員往往判讀結(jié)果并不相同，因此提高了使用菲索干涉儀進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)的重復(fù)性， 也就是限制了光學(xué)檢測(cè)的精確性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種使用菲索干涉儀檢測(cè)被測(cè)元件的快速自動(dòng)調(diào)整的方法，可以對(duì)被測(cè)元件進(jìn)行高精度且快速的姿態(tài)與位置調(diào)整，提高了調(diào)整的效率，降低由于人工判讀對(duì)菲索干涉儀測(cè)量結(jié)果的影響。一種使用菲索干涉儀檢測(cè)被測(cè)元件的快速自動(dòng)調(diào)整的方法，包括如下步驟1)安裝被測(cè)元件，沿精密直線導(dǎo)軌移動(dòng)被測(cè)元件到指定測(cè)試位置，啟動(dòng)條紋圖像自動(dòng)判讀程序，PC接口讀入菲索干涉儀實(shí)時(shí)采集的干涉條紋圖像，進(jìn)行干涉條紋圖像的預(yù)處理，去除噪聲并增強(qiáng)圖像對(duì)比度得到干涉條紋的圖像；2)利用自適應(yīng)二值化算法計(jì)算得到干涉條紋的二值化圖像，進(jìn)行像素投影運(yùn)算分析得到干涉條紋的幾何中心與全場(chǎng)相位，進(jìn)而得到被測(cè)元件的調(diào)節(jié)參數(shù)；3)當(dāng)干涉條紋為理想條紋且數(shù)目合適時(shí)，若被測(cè)元件的調(diào)節(jié)參數(shù)滿足要求，則使用菲索干涉儀進(jìn)行干涉測(cè)量，完成被測(cè)元件的調(diào)整；若被測(cè)元件的調(diào)節(jié)參數(shù)不滿足要求時(shí)， 則進(jìn)行步驟4)；4) PC再次分析干涉條紋反饋調(diào)節(jié)并采用PID (比例積分微分)控制算法修正具體的調(diào)節(jié)參數(shù)，通過驅(qū)動(dòng)俯仰傾斜方向調(diào)整裝置、垂直水平方向調(diào)整裝置、載物臺(tái)和精密直線導(dǎo)軌對(duì)被測(cè)元件的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整；5)重復(fù)步驟2)至步驟4)，最終調(diào)節(jié)到干涉條紋為理想條紋且干涉條紋數(shù)目合適， 完成被測(cè)元件的調(diào)整。本發(fā)明具有調(diào)節(jié)速度快，動(dòng)態(tài)特性好等特點(diǎn)。降低了對(duì)操作人員的技術(shù)要求，并提高了使用菲索干涉儀進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)的效率與檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性；計(jì)算測(cè)量方法代替人工條紋判讀，提高了判讀速度與準(zhǔn)確性，算法原理簡(jiǎn)單，運(yùn)算效率高，可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)條紋圖像的實(shí)時(shí)判讀。


圖1是本發(fā)明菲索干涉儀被測(cè)元件自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明一種使用菲索干涉儀檢測(cè)被測(cè)元件的快速自動(dòng)調(diào)整的方法流程圖。圖中1、菲索干涉儀，2、被測(cè)元件，3、俯仰傾斜方向調(diào)整裝置，4、垂直水平方向調(diào)整裝置，5、載物臺(tái)，6、精密直線導(dǎo)軌。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明方法所使用的菲索干涉儀被測(cè)元件自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)包括，俯仰傾斜方向調(diào)整裝置3、垂直水平方向調(diào)整裝置4、載物臺(tái)5和精密直線導(dǎo)軌6 ；所述俯仰傾斜方向調(diào)整裝置3與垂直水平方向調(diào)整裝置4固定安裝在載物臺(tái)5之上；載物臺(tái)5在精密直線導(dǎo)軌6上做線性運(yùn)動(dòng)。所述俯仰傾斜方向調(diào)整裝置3通過機(jī)械夾具固定被測(cè)元件2。如圖2所示，本發(fā)明一種使用菲索干涉儀檢測(cè)被測(cè)元件的快速自動(dòng)調(diào)整的方法， 包括如下步驟1)安裝被測(cè)元件2，沿精密直線導(dǎo)軌6移動(dòng)被測(cè)元件2到指定測(cè)試位置，啟動(dòng)條紋圖像自動(dòng)判讀程序，PC接口讀入菲索干涉儀1實(shí)時(shí)采集的干涉條紋圖像，進(jìn)行干涉條紋圖像的預(yù)處理，去除噪聲并增強(qiáng)圖像對(duì)比度得到干涉條紋的圖像；2)利用自適應(yīng)二值化算法計(jì)算得到干涉條紋的二值化圖像，進(jìn)行像素投影運(yùn)算分析得到干涉條紋的幾何中心與全場(chǎng)相位，進(jìn)而得到被測(cè)元件2的調(diào)節(jié)參數(shù)；3)當(dāng)干涉條紋為理想條紋且數(shù)目合適時(shí)，若被測(cè)元件2的調(diào)節(jié)參數(shù)滿足要求，則使用菲索干涉儀1進(jìn)行干涉測(cè)量，完成被測(cè)元件2的調(diào)整；若被測(cè)元件2的調(diào)節(jié)參數(shù)不滿足要求時(shí)，則進(jìn)行步驟4)；4) PC再次分析干涉條紋反饋調(diào)節(jié)并采用PID控制算法修正具體的調(diào)節(jié)參數(shù)，通過驅(qū)動(dòng)俯仰傾斜方向調(diào)整裝置3、垂直水平方向調(diào)整裝置4、載物臺(tái)5和精密直線導(dǎo)軌6對(duì)被測(cè)元件2的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整；5)重復(fù)步驟2)至步驟4)，最終調(diào)節(jié)到干涉條紋為理想條紋且干涉條紋數(shù)目合適， 完成被測(cè)元件2的調(diào)整。通過讀取菲索干涉儀1實(shí)時(shí)采集的干涉條紋圖像，根據(jù)被測(cè)元件表面面形可以分為兩種情況若被測(cè)元件2表面為平面，則理想的條紋圖像為平行的干涉條紋，因此僅需調(diào)整俯仰傾斜方向調(diào)整裝置3。通過平面條紋判讀算法對(duì)實(shí)時(shí)干涉條紋圖像進(jìn)行分析，得到被測(cè)元件2的俯仰傾斜信息，調(diào)整俯仰傾斜方向調(diào)整裝置3，再次分析干涉條紋并采用PID控制算法修正具體的調(diào)節(jié)參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)節(jié)的相應(yīng)過程，再次調(diào)節(jié)俯仰傾斜方向調(diào)整裝置3，干涉條紋數(shù)目合適則完成平面被測(cè)元件2的調(diào)整；若被測(cè)元件2表面為球面，則理想的條紋圖像應(yīng)為同心圓環(huán)，因此需要對(duì)被測(cè)元件的垂直于干涉儀1光軸的方向進(jìn)行二維調(diào)整與平行干涉儀光路的方向進(jìn)行一維調(diào)整，通過球面干涉條紋判讀算法對(duì)實(shí)時(shí)干涉條紋圖像進(jìn)行分析，得到被測(cè)元件光軸與干涉儀光軸的偏離信息對(duì)應(yīng)位置的離焦信息，通過調(diào)整平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序控制垂直水平方向調(diào)整裝置4和載物臺(tái)5進(jìn)行調(diào)整，再次分析干涉條紋并同樣采用PID控制算法修正具體的調(diào)節(jié)參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)節(jié)的相應(yīng)過程，再次調(diào)節(jié)垂直水平方向調(diào)整裝置4和載物臺(tái)5，干涉條紋數(shù)目合適則完成球面被測(cè)元件2的調(diào)整。
驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)程序采用PID控制算法，并引用調(diào)節(jié)保護(hù)機(jī)制，在提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度，動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，防止調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過快或抖動(dòng)對(duì)被測(cè)元件的影響。
權(quán)利要求
1.一種使用菲索干涉儀檢測(cè)被測(cè)元件的快速自動(dòng)調(diào)整的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟1)安裝被測(cè)元件(2)，沿精密直線導(dǎo)軌(6)移動(dòng)被測(cè)元件(2)到指定測(cè)試位置，啟動(dòng)條紋圖像自動(dòng)判讀程序，PC接口讀入菲索干涉儀(1)實(shí)時(shí)采集的干涉條紋圖像，進(jìn)行干涉條紋圖像的預(yù)處理，去除噪聲并增強(qiáng)圖像對(duì)比度得到干涉條紋的圖像；2)利用自適應(yīng)二值化算法計(jì)算得到干涉條紋的二值化圖像，進(jìn)行像素投影運(yùn)算分析得到干涉條紋的幾何中心與全場(chǎng)相位，進(jìn)而得到被測(cè)元件(2)的調(diào)節(jié)參數(shù)；3)當(dāng)干涉條紋為理想條紋且數(shù)目合適時(shí)，若被測(cè)元件(2)的調(diào)節(jié)參數(shù)滿足要求，則使用菲索干涉儀(1)進(jìn)行干涉測(cè)量，完成被測(cè)元件(2)的調(diào)整；若被測(cè)元件(2)的調(diào)節(jié)參數(shù)不滿足要求時(shí)，則進(jìn)行步驟4)；4)PC再次分析干涉條紋反饋調(diào)節(jié)并采用PID控制算法修正具體的調(diào)節(jié)參數(shù)，通過驅(qū)動(dòng)俯仰傾斜方向調(diào)整裝置(3)、垂直水平方向調(diào)整裝置(4)、載物臺(tái)(5)和精密直線導(dǎo)軌(6) 對(duì)被測(cè)元件(2)的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整；5)重復(fù)步驟2)至步驟4)，最終調(diào)節(jié)到干涉條紋為理想條紋且干涉條紋數(shù)目合適，完成被測(cè)元件(2)的調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用菲索干涉儀檢測(cè)被測(cè)元件的快速自動(dòng)調(diào)整的方法， 其特征在于，所述被測(cè)元件分成兩種情況若被測(cè)元件(2)表面為平面，則理想的條紋圖像為平行的干涉條紋，需把被測(cè)元件⑵安裝在俯仰傾斜方向調(diào)整裝置⑶上，PC調(diào)整俯仰傾斜方向調(diào)整裝置⑶達(dá)到被測(cè)要求的指定位置；若被測(cè)元件⑵表面為球面，則理想的條紋圖像為同心圓環(huán)，需把被測(cè)元件(2)安裝在垂直水平方向調(diào)整裝置(4)上，PC調(diào)整垂直水平方向調(diào)整裝置(4)達(dá)到被測(cè)要求的指定位置。
全文摘要
一種使用菲索干涉儀檢測(cè)被測(cè)元件的快速自動(dòng)調(diào)整的方法屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，檢測(cè)方法如下步驟安裝裝置，條紋判讀，檢測(cè)被測(cè)元件是否滿足于要求；如果不滿足，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，最終調(diào)節(jié)到干涉條紋為理想條紋且干涉條紋數(shù)目合適，程序結(jié)束。本發(fā)明可以對(duì)被測(cè)元件進(jìn)行高精度且快速的姿態(tài)與位置調(diào)整，提高了調(diào)整的效率，降低由于人工判讀對(duì)菲索干涉儀測(cè)量結(jié)果的影響，即進(jìn)一步提高菲索干涉儀檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102322817SQ201110157810
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者代雷, 楊懷江, 王飛, 王高文, 隋永新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所