可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法技术

本发明专利技术公开了一种可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，基于波长移相的自适应算法调节三重迭代多表面测量，针对透明多表面平板进行测量。本发明专利技术方法的步骤如下：多表面干涉的数值迭代分析及误差的计算、根据数据放置方式对误差所在数据体进行结构设计、算法类型和关键参数的定位与抽取、根据算法参数和类型指导测量方案的实施并且使用所设计的夹具夹持被测件以实现测量。通过所设计的迭代算法和夹具，可以实现多表面被测件在任意测量位置下的灵活、精确测量和最优算法和参数的选取。

【技术实现步骤摘要】
可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法
本专利技术涉及一种可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，尤其是一种可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，应用于光学高精度干涉测量领域。
技术介绍
激光干涉技术在表面测量中的应用日益广泛，随着相关学科的发展，对多表面的透明被测件的测量需要也日益提高。多表面透明平板在光学系统中具有重要作用，其各表面形貌的分布对于光学性能有深刻影响，因此通过现代测量方法对该种被测件进行非接触式测量有较高的应用价值和研究价值。现代光学干涉技术是综合应用了光学原理和数字图像处理技术，其发展经历了多个阶段，从开始时由读条纹到硬件干涉测量再到波长移相非接触式测量，每一步的发展都伴随着相关技术的提高和测量算法的发展。近年来，应用最广泛的干涉测量方法是利用压电陶瓷进行调节的硬件干涉测量法。这种测量方法的主要不足之处在于：在测量时需要在非被测件表面涂抹消光材料，以达到消除该部分光信号的作用，而后清洗，旋转被测件再对另一表面进行测量。但是该种测量方式具有较大的硬件误差和移相误差，同时要注意的是在消光材料的涂抹和清洗过程中，会对被测件的表面造成污染甚至是伤害，因此无法达到同时测量的目的。再者，在被测件旋转和移动的过程中，无法保证腔长的一致性，该缺陷同样会对多表面被测件的测量造成较大的困难。利用波长移相干涉仪和相应的算法进行透明平行平板的测量，是近年来发展出的一种技术。但是通过波长移相干涉仪采集到的干涉信息是多表面干涉信号的混叠结果，其中包含各反射信号与参考镜之间的干涉信息，以及背景光强和误差、瑕疵等信息，无法直接进行解相和测量。为了得到被测件主要的表面信息(包括前表面、后表面以及厚度变化等目标信号)，多种算法可以应用于混叠干涉信号的处理，例如：傅里叶变换信号提取技术、加权多步采样技术、最小二乘技术等。对于傅里叶变换信号提取技术而言，无可避免的会存在频谱泄漏等缺点，并且在实际计算过程中，计算成本较高，不适用于快速的多表面的同时测量。最小二乘技术受限于最小二乘系数矩阵的本身特性，当该系数矩阵接近奇异或者病态时，迭代结果差异非常大，并且受初值估计影响很大，因此在实际测量时也有较大的局限性。基于频域离散多步加权计算的多步干涉求解技术具有较好的发展前景，但是由于其本身的算法特性，传统的多步采样加权技术只能解决特定腔长(数值上等于被测件的前表面到参考镜之间的几何距离值)和被测件厚度光程之比的情况，为了描述清晰，定义该比值为腔长系数。实际上就意味着传统多步加权采样技术只能解决特定并且离散的几个位置下的被测件，当被测件的位置发生改变时，一种已近设计成型的算法无法对当前情况下的被测件进行测量。与此同时，在多种算法的选取过程中，其优劣性没有被考虑，无法达成任意腔长下的测量以及实际测量与算法设计的统一。另一方面，当被测件本身倾斜较大时，会对测量造成困难，此时采集到的条纹图中的条纹分布非常密集，不利于细微结构的重建，因此在实验中消除该部分倾斜也是领域内人员进行测量时需要考虑的问题。传统的多步加权算法以被测件的厚度光程信息作为基频，当腔长光程小于厚度光程时算法的适用性前置条件便不可用，因此需要发展一种基频转换的方法以适应不同的测量条件。如何实现一种自适应调节倾斜的多算法三重迭代的多表面被测件测量方法，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，基于波长移相的自适应调节三重迭代多表面测量方法，目的在于解决现有测量方法中的缺陷，特别是自动地根据当前测量条件进行消倾斜和算法类型及关键参数匹配的测量方法。本专利技术所针对的被测件是多表面透明平板被测件，被测件的多个表面的干涉信号混叠在干涉图中，无法直接进行测量。本专利技术的原理在于：利用磁致伸缩材料和激光测距传感器，实现被测件的自行消倾斜。通过三种解相算法在两个关键迭代参数下的先行运算，将符合设定条件的结果储存在数据体中以备定位与提取，此为三重迭代。在算法类型和关键算法参数的选用过程中，首先根据当前测量条件进行数据定位，取数据体中该位置的储存的残余误差进行对比，以对应的理论误差为第一需求，以最小必须的干涉图采集帧数为第二需求，通过误差对比结果对最优算法类型和两个算法关键参数进行提取，纳入到测量过程中，与此同时，该过程还指导了测量方案的制定。因此可以达到不同表面的同时非接触式测量，并且在算法的选取和关键参数的制定过程中依托于三重迭代的先行运算结果，以误差最小为导向设置算法和测量方案。先行计算的三重迭代是基于每一个离散腔长条件进行的一般连续化，通过将单步右侧较大值作为理论参考值，可以实现腔长的实际连续化，达到任意腔长下的测量目的。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：一种可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，其实现过程主要步骤如下：1)进行多表面干涉的数值迭代分析及误差的计算；2)根据数据放置方式，对误差所在数据体进行结构设计；3)进行算法类型和关键参数的定位与抽取；4)根据算法参数和类型指导测量方案的实施，并且使用夹具夹持被测件，以实现任意测量位置下多表面被测件的测量。优选地，在所述步骤1)中，各步迭代中计算各步误差，并且记录；将上步迭代的可用测量条件中的单次最大误差储存在数据体中，数据体的结构特性被设计为包含腔长信息，其序数和坐标的数值包含移相系数信息，用通过所设计的调用方法，进行多种信息的一次性调用。优选地，在所述步骤1)中，进行迭代和取值判定，在迭代数据的求取过程中，根据采样算法的本身特性，只需要得到当前移相系数的迭代结果，即可对该结果进行数据延展，得到下一个多倍移相系数下的结果；在所述步骤1)中采用的算法以移相系数为周期，其误差分布遵循该周期特性，来减少计算量。优选地，在所述步骤1)中，进行数值迭代，在制定迭代和取值判定方法过程中，根据条件进行数值迭代处理：当基频在选择时，对于较薄板，是以被测件的厚度变化信号作为基频；而当厚度变化信号的光程小于前表面到参考镜之间的光程时，则进行所述当基频在选择时的条件就不再适用；此时采取的基频转换方法是：通过被测件前表面到参考镜之间光程与被测件的厚度变化的光程进行计算，当被测件前表面到参考镜之间光程小于被测件的厚度变化的光程时，即以被测件前表面到参考镜之间的光程作为基频，反之以被测件的厚度变化的光程作为基频。优选地，在所述步骤2)中，采用数据体进行结构设计方法为：该数据体为三维数据体，第一维度和第二维度分别为行数和列数，第三维度是算法的序数，通过数据的放置方式，可将第三维度的序数①设置为汉宁窗所在维度，第三维度的序数②设置为海明窗所在维度，第三维度的序数③设置为2N-1采样窗所在维度；腔长系数被分布在所有数据中的第一行，即列序数可解读出当前腔长系数信息；行序数解读出移相系数，迭代的误差放置条件为：当前测量条件下算法可用时，将移相参数值N作为误差放置的行序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，其特征在于：其实现过程主要步骤如下：/n1)进行多表面干涉的数值迭代分析及误差的计算；/n2)根据数据放置方式，对误差所在数据体进行结构设计；/n3)进行算法类型和关键参数的定位与抽取；/n4)根据算法参数和类型指导测量方案的实施，并且使用可消倾斜的夹具夹持被测件，以实现任意测量位置下多表面被测件的测量；/n所设计的可消倾斜的夹具主要由激光测距传感器(1)、夹具可动架体(2)、夹具主架体(3)、磁致伸缩控制棒(4)、弹性连接棒(5)、工字架(6)、纵向支撑棒(7)、底座(8)、上压紧棒(9)、下压紧棒(10)、下压紧棒固定架(11)组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，其特征在于：其实现过程主要步骤如下：
1)进行多表面干涉的数值迭代分析及误差的计算；
2)根据数据放置方式，对误差所在数据体进行结构设计；
3)进行算法类型和关键参数的定位与抽取；
4)根据算法参数和类型指导测量方案的实施，并且使用可消倾斜的夹具夹持被测件，以实现任意测量位置下多表面被测件的测量；
所设计的可消倾斜的夹具主要由激光测距传感器(1)、夹具可动架体(2)、夹具主架体(3)、磁致伸缩控制棒(4)、弹性连接棒(5)、工字架(6)、纵向支撑棒(7)、底座(8)、上压紧棒(9)、下压紧棒(10)、下压紧棒固定架(11)组成。


2.根据权利要求1所述可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，其特征在于：在所述步骤1)中，各步迭代中计算各步误差，并且记录；将上步迭代的可用测量条件中的单次最大误差储存在数据体中，数据体的结构特性被设计为包含腔长信息，其序数和坐标的数值包含移相系数信息，用通过所设计的调用方法，进行多种信息的一次性调用；
在所述步骤1)中，进行迭代和取值判定，在迭代数据的求取过程中，根据采样算法的本身特性，只需要得到当前移相系数的迭代结果，即可对该结果进行数据延展，得到下一个多倍移相系数下的结果；在所述步骤1)中采用的算法以移相系数为周期，其误差分布遵循该周期特性，来减少计算量。


3.根据权利要求1所述可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，其特征在于：在所述步骤1)中，进行数值迭代，在制定迭代和取值判定方法过程中，根据条件进行数值迭代处理：
当基频在选择时，对于较薄板，是以被测件的厚度变化信号作为基频；
而当厚度变化信号的光程小于前表面到参考镜之间的光程时，则进行所述当基频在选择时的条件就不再适用；此时采取的基频转换方法是：通过被测件前表面到参考镜之间光程与被测件的厚度变化的光程进行计算，当被测件前表面到参考镜之间光程小于被测件的厚度变化的光程时，即以被测件前表面到参考镜之间的光程作为基频，反之以被测件的厚度变化的光程作为基频。


4.根据权利要求1所述可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，其特征在于，在所述步骤2)中，采用数据体进行结构设计方法为：
该数据体为三维数据体，第一维度和第二维度分别为行数和列数，第三维度是算法的序数，通过数据的放置方式，可将第三维度的序数①设置为汉宁窗所在维度，第三维度的序数②设置为海明窗所在维度，第三维度的序数③设置为2N-1采样窗所在维度；腔长系数M被分布在所有数据中的第一行，即列序数可解读出当前腔长系数信息；
行序数解读出移相系数，迭代的误差放置条件为：当前测量条件下算法可用时，将移相参数值N作为误差放置的行序数，即将该误差放置在当前测量条件下对应的对N行。


5.根据权利要求1所述可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，其特征在于，在所述步骤3)中，采用数据定位和抽取方式，在进行数据定位和抽取时，所采用的判定方法为：
以误差最小为第一判断条件，以满足第一判断条件时的最小必须采集帧数为第二判断条件，通过三个算法的该步误差，即不同测量条件下满足设置条件的各表面最大误差，作为定位信息，在数据体中进行定位，并且根据上步所述解读方法进行解读，得到当前最优的算法类型和移相系数；
在数据体的结构设计过程中，将采用汉宁窗、海明窗和2N-1采样窗此三种算法得到的各表面误差的最大值储存在数据体第三维度中，不可用处的元素值为0，可用处的元素值为当前最大误差，其序号分别为①、②、③；
并且在所述步骤3)中，在数据的定位和抽取方法的设计过程中，首先根据当前腔长系数进行定位，为在数据体的第一行；找到当前腔长系数所对应的列以后，以三列数据为对比，所述三列数据为分别是汉宁窗、海明窗和2N-1采样窗数据，找到误差最小的值，以该元素作为最小可用元素；该最小用元素的列序数为腔长系数，开始迭代值加当前累计步距可得到腔长系数，行序数即为当前可用最小移相系数，其第三维度序数值即为当前可用最优算法类型。


6.根据权利要求1所述可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，其特征在于，在所述步骤4)中，在得到最优算法类型和最优移相系数后，指导测量方案的制定，得到移相值和最干涉图的小必须采集帧数，并通过设定好的算法进行解相，得到目标信号的初始相位，完成信号的分离和解相的操作，从而得到所需的面形分布，最终实现多表面被测件的测量。


7.根据权利要求1所述可实现任意测量位置下多表面被测件的测量和算法选择的方法，其特征在于，在可消倾斜的夹具中，所述夹具可动架体(2)形制为中空并且具有一定厚度的矩形，其上部和下部分别放置一个激光测距传感器(1)，下压紧棒固定架(11)通过焊接的方式固定在夹具可动架体(2)上，中空架体的上方开螺纹孔，以安装上压紧棒(9)；所述底座(8)形制为平板，底部(8)开凹槽与导轨配合，底座(8)上开四个螺纹孔，用于4根纵向支撑棒(...

【专利技术属性】
技术研发人员：常林，王陈，于瀛洁，闫恪涛，郑维伟，徐瞿磊，孙涛，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31