【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字化测量领域，尤其涉及一种高平整度表面几何形貌测量方法。
技术介绍
1、在信息时代日益发展的今天，超精密制造技术在航空制造领域扮演着不可替代的角色，同时也在不断地更新和提高。高平整度表面因其稳定的物理、化学性能以及高度光学均匀性等在超精密制造中有着非常重要的作用。而在超精密制造技术中对高平整度表面的三维形貌的提取是非常有必要的，若形貌提取误差过大则会对高平整度表面的生产产生较大的影响，从而严重降低高平整度表面所应用到的科学领域的严谨性。因此对于高平整度表面三维形貌的测量就尤为重要，现在对高平整度表面三维形貌的精度要求达到了纳米级，此时微纳测量技术就是测量高平整度表面三维形貌的主力军。
2、微纳测量作为制造技术中最重要的方法之一，它是加工精度和产品质量的重要保证，为了对高平整度表面进行高精度加工，需要建立相应的高精度检测方法，现有技术常用的微纳测量方法主要分为非光学和光学两大类。
3、非光学测量通过传感器件与待测表面的相互作用以实现测量，该类方法的横向分辨率非常高，可以实现纳米量级的测量。但它们都使用的接触扫描的方式来进行测量，而高平整度表面本身比较脆弱和精密，接触式测量方法容易造成表面划伤，并且非光学测量的方式对测量环境有着非常高的要求，因此非光学测量方法在高平整度表面几何形貌测量上的应用有非常大的局限性。而光学测量方法则可以很好地解决表面划伤、环境要求严苛等问题，现有的光学测量方法主要有结构光照明法、数字全息技术等。
4、结构光照明显微镜将结构光场作为照明场，通过解待测样品的
5、数字全息技术是一种继承于传统的光学全息技术的新兴成像技术，该测量方法结合激光、现代信号处理和传感器技术，为限制全息技术发展和应用的关键问题提供了新的解决方案。数字全息测量是一种利用光学干涉原理记录并再现物体表面形貌的技术。在记录过程中，参考光和物光相互干涉形成全息图，其中包含了物体表面的形貌信息。通过使用光电传感器记录全息图，并将物光波的复振幅信息转换为数字信号并存储在计算机中。在再现过程中，利用计算机算法对存储的数字信号进行处理，从而恢复出物体表面的三维形貌信息。这种技术可以实现对待测物体的定量分析，可以应用于多种领域。现有技术中中国专利技术专利授权公告号：cn113758440b，名称：一种改变观察矢量的数字全息三维形貌测量方法及装置，记载了包括激光器、分光棱镜、第一显微物镜、第一准直透镜、第一平面反射镜、反射镜ⅰ反射镜ⅱ、第二显微物镜、待测物体、合束镜、采集传感器ⅰ、采集传感器ⅱ、采集传感器ⅲ；激光器发出的光经过分光棱镜后分成两束光，第一束光穿过第一显微物镜和第一准直透镜进行扩束准直，准直的光经过第二平面反射镜反射至合束镜；分光棱镜分出的第二束光经过反射镜ⅰ反射镜ⅱ的反射之后穿过第二显微物镜，经第二显微物镜扩束后照射在待测物体上，经待测物体反射的光达到合束镜；通过采集系统采集发生干涉的参考光和物光的全息信息，所述采集系统为单一传感器采集或者双传感器采集；但是由于记录数字全息图的ccd像素大和光敏面尺度小，因而会出现采样频率小、再现像分辨率低等问题，无法对平整度要求高于0.01mm的表面进行精准测量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决目前现有微纳测量方法中的数字全息测量方法记录数字全息图的ccd像素大和光敏面尺度小而导致采样频率小、再现像分辨率低的问题，提供一种高平整度表面几何形貌测量方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：包括：点光源、点探测器、空间滤波器、第一透镜，第二透镜和被测物体，点光源设置在外部通过第一透镜反射至第二透镜，被测物体设置在第二透镜焦面位置，点探测器靶面上设置有针孔，点探测器前方设置有空间滤波器。
4、所述高平整度表面几何形貌测量具体步骤如下：
5、步骤s1：搭建测量系统；
6、步骤s2：通过测量系统，采集初始信号；
7、步骤s3：利用初始信号对光场复振幅分布求解；
8、步骤s4：利用初始信号对光场强度分布求解；
9、步骤s5：利用测量系统焦深范围内纵向扫描、采集光场强度分布并储存；
10、步骤s6：利用扫描结果对相对高度求解；
11、步骤s7：利用相对高度对几何形貌恢复。
12、所述步骤s1中测量系统包括点光源、点探测器、空间滤波器，第一透镜，第二透镜和被测物体，点光源发射出的光线通过反射至第二透镜，再聚焦到被测物体表面，被测物体表面反射光源的光经过第二透镜、第一透镜被点探测器接收形成光电信号供后续数据处理。
13、所述步骤s1中测量系统光源为激光。
14、所述步骤s2中设被探测物体上的扫描点位置为(xs,ys)，物空间坐标为(x1,y1)，物体的反射率函数为r(x1,y1)；当光线到达待测物体表面时，其光场复振幅表示为：
15、ψ1(x1,y1,xs,ys)＝t(xs-x0,ys-y0)h(x0,y0)
16、ψ1表示光场复振幅，(x0,y0)为光学系统中心坐标，h(x0,y0)为透镜的振幅脉冲响
17、应函数
18、为系统固定函数。
19、所述步骤s3中受被测物体表面形貌调制后的光场通过透镜到达成像平面，成像平面复振幅分布表示为：
20、
21、ψ2表示成像平面复振幅分布函数，(x2,y2)表示像平面坐标，m为系统的成像放大率。
22、所述步骤s4中光场强度分布是成像平面复振幅分布的模值，将成像平面复振幅分布进行平方处理得：
23、
24、i(x2,y2)代表像平面光强分布。
25、所述步骤s5中控制探测器搭载被测物体在镜头焦深范围内纵向移动，每移动一步采集到一幅光强分布，扫描结束后将所有光场分布存储到计算机中供后续数据处理。
26、所述步骤s6中针对某一像素点，假设其高度值为h，在每个纵向扫描位置的光强值为：
27、i(1),i(2)...i(i)...i(s)
28、i(i)表示在第i个扫描位置该像素点的光强值，s表示扫描次数。
29、所述步骤s6中将像素点准确聚焦位置作为像素点相对高度信息，聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：包括：点光源(1)、点探测器(2)、空间滤波器(3)、第一透镜(4)、第二透镜(5)和被测物体(6)，点光源(7)设置在点探测器(2)与第二透镜(5)中间位置外侧通过第一透镜(4)反射至第二透镜(5)至被测物体(6)，被测物体(6)设置在第二透镜(5)焦面位置，点探测器(2)靶面上设置有针孔，点探测器(2)前方设置有空间滤波器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述高平整度表面几何形貌测量具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s1中测量系统包括点光源(1)、点探测器(2)、空间滤波器(3)，第一透镜(4)，第二透镜(5)和被测物体(6)；点光源(1)发射出的光线通过反射至第二透镜(5)，再聚焦到被测物体(6)表面，被测物体(6)表面反射光源的光经过第二透镜(5)、第一透镜(4)被点探测器(2)接收形成光电信号供后续数据处理。
4.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所
5.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s2中设被探测物体上的扫描点位置为(xs,ys)，物空间坐标为(x1,y1)，物体的反射率函数为r(x1,y1)；当光线到达待测物体表面时，其光场复振幅表示为：
6.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s3中受被测物体表面形貌调制后的光场通过透镜到达成像平面，成像平面复振幅分布表示为：
7.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s4中光场强度分布是成像平面复振幅分布的模值，将成像平面复振幅分布进行平方处理得：
8.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s5中控制探测器搭载被测物体在镜头焦深范围内纵向移动，每移动一步采集到一幅光强分布，扫描结束后将所有光场分布存储到计算机中供后续数据处理。
9.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s6中针对某一像素点，假设其高度值为h，在每个纵向扫描位置的光强值为：
10.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s6中将像素点准确聚焦位置作为像素点相对高度信息，聚焦程度越高时像素点光强值越大，寻找光强最大值位置；光强分布在焦点位置呈对称分布，进行重心求解获得像素点高度信息表示为：
11.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s7中对每个像素点重复步骤s6，获得每个像素点的相对高度信息，并组合进而恢复待测物体几何形貌。
...【技术特征摘要】
1.一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：包括：点光源(1)、点探测器(2)、空间滤波器(3)、第一透镜(4)、第二透镜(5)和被测物体(6)，点光源(7)设置在点探测器(2)与第二透镜(5)中间位置外侧通过第一透镜(4)反射至第二透镜(5)至被测物体(6)，被测物体(6)设置在第二透镜(5)焦面位置，点探测器(2)靶面上设置有针孔，点探测器(2)前方设置有空间滤波器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述高平整度表面几何形貌测量具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s1中测量系统包括点光源(1)、点探测器(2)、空间滤波器(3)，第一透镜(4)，第二透镜(5)和被测物体(6)；点光源(1)发射出的光线通过反射至第二透镜(5)，再聚焦到被测物体(6)表面，被测物体(6)表面反射光源的光经过第二透镜(5)、第一透镜(4)被点探测器(2)接收形成光电信号供后续数据处理。
4.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s1中测量系统光源为激光。
5.根据权利要求2所述的一种高平整度表面几何形貌测量方法，其特征在于：所述步骤s2中设被探测物体上的扫描点位置为(xs,ys)，物空间坐标为(x1,y1)，物体的反射率函数为r(x1,y1)；当光...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱绪胜，周翮翔，徐龙，杨吉飞，席先品，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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