基于泰曼-格林干涉的表面三維微觀形貌測(cè)量的研究.pdf

1、表面三維微觀形貌檢測(cè)是獲取零件表面微觀幾何形狀的一種重要手段。作為光學(xué)測(cè)量的主要儀器，泰曼—格林干涉儀已成功應(yīng)用于物體平整度、粗糙度測(cè)量、平面位移、三維位移的測(cè)量。本文采用泰曼—格林干涉儀，結(jié)合相移技術(shù)對(duì)測(cè)量表面三維形貌技術(shù)展開(kāi)了較為全面的理論與實(shí)驗(yàn)研究。此種相移干涉術(shù)（PSI）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)制方便、實(shí)時(shí)快速、高精度以及全場(chǎng)自動(dòng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。 1.通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，討論了相移干涉術(shù)中條紋圖的光強(qiáng)信息到到被測(cè)物體表面高度之間的關(guān)系，并

2、給出了相應(yīng)的計(jì)算公式。針對(duì)相移干涉術(shù)的核心問(wèn)題—相位提取技術(shù)，重點(diǎn)討論了兩種等步長(zhǎng)相移法：Carre算法和Stoilov算法，并分析相移誤差和隨機(jī)光強(qiáng)誤差對(duì)兩者的影響。經(jīng)過(guò)對(duì)比討論與誤差分析，提出應(yīng)用Stoilov算法于物體表面微觀形貌的測(cè)量中，并在模擬和實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了算法的可靠性與優(yōu)異性。 2.對(duì)用Stoilov算法提取出來(lái)的相位進(jìn)行去包裹處理，從而獲得被測(cè)物體的真實(shí)相位。但現(xiàn)階段，去包裹處理尚未有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，每種算法都是針

3、對(duì)某一具體問(wèn)題提出的。因此，本文選取三種比較成熟的去包裹法，詳細(xì)介紹其算法原理與實(shí)現(xiàn)步驟，并在模擬圖應(yīng)用中作比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)預(yù)優(yōu)共軛梯度法（PCG）去包裹效果最佳、抗噪能力好。 本文基于VC++編寫(xiě)了圖像采集、相移法、去包裹處理的程序，其中相移法程序可輸入實(shí)驗(yàn)條紋圖，也可直接生成用戶自定義的模擬條紋圖。編寫(xiě)了基于MATLAB的最小二乘法球面擬合算法，以便求得球面物體曲率。最后，測(cè)量了R=1000mm與R=2000mm標(biāo)準(zhǔn)樣塊的表面