微小曲率半径的图像处理测量方法

王健全，田欣利，张保国，李富强

(装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室，北京100072)

随着精密和超精密加工技术的发展，出现了各种微小球面半径的设备及元器件，如原子力显微镜针尖、光纤连接器插针体、模拟砂轮磨粒的单颗粒金刚石等。这些小型元件尖端部分的尺寸往往超出人类肉眼的最小分辨能力，如何测量其曲率半径就成了一项重要课题。大型产品的曲率半径测量可利用基于光学原理的牛顿环法［1］、激光球面干涉仪法，或根据物体在平面上的投影，求出实际轮廓曲线方程后按解析法［2］计算曲率半径。测定小型工件可采用基于万能工具显微镜的接触法［3］、或球面样板法、自准直显微镜法及共焦干涉显微成像术［4］进行非接触测量。微小元件的曲率半径测量通常应用显微干涉术，如在Mirau或Linnik型干涉光路基础上，结合 4 步法［5］、5 步法［6］、Carré法［7］、Schwider法或多步移相法测量［8］。Wang等人［9］通过参考球面与被测工件表面产生的移相干涉图像计算被测物体的曲率半径;Cai等人［10］提出将斐索干涉仪与变焦镜头相结合测量凸球面与凹球面曲率半径的方法;陈磊、仇智等人［11-12］根据被测物体的单幅干涉图像，拟合干涉条纹的光强曲线，得到物体面形的多项表达式，并由此计算被测件曲率半径。以上方法均不同程度地存在算法误差［13］，且需要精密的光学设备进行测量，对于缺乏相应仪器与技术的研究人员而言，需要一种更加通用、简便和有效的曲率半径测量办法。……