激光剪切干涉三维形貌测量

刘光明,余学才,任华西,马 飞,鲁楷锋

(电子科技大学光电信息学院,四川 成都 610054)

1 引 言

物体表面三维形貌测量技术可以分为相干测量和非相干测量。非相干测量系统所用的光源是非相干光源,其投影在被测物体表面单位面积内的条纹数目较少,从而限制了在测量三维微小物体形貌时的测量精度。相干三维形貌测量目前主要有全息干涉法、散斑干涉法、白光干涉和光纤干涉法等。全息干涉法[1]是利用全息照相技术获得被测物体表面在变形前后的光波波阵面相互干涉所产生的干渉条纹图,以分析物体变形的一种干涉量度方法,是实验应力分析方法的一种。该方法有着很高的测量精度和灵敏度,缺点是测量过程和后续的处理比较复杂,不适合实时性要求高的应用场景；电子散斑干涉测量利用大错位晶体棱镜进行三维测量,大错位晶体棱镜的分束角度难以掌控,容易影响干涉条纹质量,且该棱镜原材料只有昂贵的方解石比较合适[2]；白光干涉法利用白光的零级条纹来指示零光程差位置,从而获得各点的相对高度,该方法适合大范围测量,且精度高,缺点是需要对被测表面进行扫描[3]；光纤干涉法[4-5]一般采用马赫-泽德光纤干涉仪结构,利用参考臂和测量臂来进行测量,其缺点是容易受振动等恶劣环境的干扰。此外,还有采用迈克尔逊干涉原理的测量方法,纵向精度较高,但纵向测量范围不能超过半波长,然而很多微结构表面有几个微米高度变化,远远超过光波波长。……