本发明专利技术提供了一种基于显微立体偏折束技术的超精密测量装置和方法，包括固定架，所述固定架上设置有显微立体偏折束组件、样品台及计算机；所述计算机与所述显微立体偏折束组件连接，所述样品台位于所述显微立体偏折束组件的一侧；所述样品台用于放置所述待测镜面，所述显微立体偏折束组件用于测量所述待测镜面。本发明专利技术使用所述DMD投影仪增加了所述编码图案的光强，降低了环境光对超精密测量的影响，同时解决了高倍率物镜因传统投影屏幕光强较低无法使用的问题。无法使用的问题。无法使用的问题。
【技术实现步骤摘要】
基于显微立体偏折束技术的超精密测量装置和方法
[0001]本专利技术涉及超精密测量
，具体地，涉及一种基于显微立体偏折束的超精密测量装置和方法。
技术介绍
[0002]近年来随着微纳米技术的发展，对于超精密测量设备与方法的需求在不断增长，对于测量设备的各方面性能的需求也在提高。现在超精密测量中经常出现的是白光光学干涉仪以及扫描显微镜。但是对于白光干涉仪来说，其严苛的检测环境和高昂的价格大大提高了其使用门槛。而对于常见的扫描显微镜来说，其较小的视场也大大降低了泛用性。
[0003]近年来由德国学者G等人提出的显微相位偏折测量法不仅拥有着高达纳米级的分辨率，其价格相比传统的白光干涉仪和扫描显微镜来说也极为低廉。但是由于传统投影屏幕的亮度影响，此系统在测量精度方面的表现十分不稳定。
[0004]公开号为CN107806818A的专利文献公开了一种金刚石刀具刃口轮廓质量超精密测量装置，该装置的左右移动导轨A、上下移动导轨A、前后移动导轨用于实现原子力扫描头与金刚石刀具十微米量级的偏心调整；左右移动导轨B、前后移动导轨B用于实现光学显微镜与金刚石刀具十微米量级的偏心调整；三维精密位姿调整机构用于实现金刚石刀具与原子力扫描探针亚微米量级的偏心调整；超精密空气静压回转轴系用于实现金刚石刀具全刃口锋利度和圆弧波纹度的测量。但是该专利文献仍然存在测量精度不稳定的缺陷。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于显微立体偏折束技术的超精密测量装置和方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于显微立体偏折束技术的超精密测量装置，包括固定架，所述固定架上设置有显微立体偏折束组件、样品台及计算机；
[0007]所述计算机与所述显微立体偏折束组件连接，所述样品台位于所述显微立体偏折束组件的一侧；
[0008]所述样品台用于放置所述待测镜面，所述显微立体偏折束组件用于测量所述待测镜面。
[0009]优选的，所述显微立体偏折束组件包括DMD投影仪、聚焦透镜、收束透镜、反射镜、毛玻璃扩散板、分光棱镜、显微物镜、成像透镜及相机；
[0010]所述显微物镜和所述样品台依次设于所述分光棱镜下方；所述成像透镜和所述相机依次设于所述分光棱镜上方；所述聚焦透镜和所述反射镜依次设于所述分光棱镜右方；所述毛玻璃扩散板、所述收束透镜及所述DMD投影仪依次设于所述反射镜上方；
[0011]所述DMD投影仪用于投影编码图案；所述计算机与所述相机相连接，所述计算机用于采集所述相机接收到的图像信息。
[0012]本专利技术还提供一种基于显微立体偏折束技术的超精密测量方法，采用权利要求所
述的基于显微立体偏折束技术的超精密测量装置，包括如下步骤：
[0013]步骤1：对所述显微立体偏折束组件中的所述相机进行标定，得到所述相机的内参和畸变参数；
[0014]步骤2：将待测镜面置于所述样品台上对所述显微立体偏折束组件进行标定，获取所述显微立体偏折束组件中的所述DMD投影仪经过所述收束透镜、所述毛玻璃扩散板、所述反射镜、所述聚焦透镜、所述分光棱镜及所述显微物镜投影至待测镜面上方的像与所述相机的位姿关系；
[0015]步骤3：将待测镜面固定于所述样品台上，通过所述显微立体偏折束组件进行测量，利用所述计算机还原待测镜面的表面形貌。
[0016]优选的，所述步骤1包括如下步骤：
[0017]步骤1.1：使用所述相机拍摄多张圆环标定板或者棋盘格标定板在不同位姿下的图像；
[0018]步骤1.2：解算每台所述相机的内参以及畸变系数。
[0019]优选的，所述步骤1.2中，用圆环圆心或者棋盘格角点作为参考点，使用张正友标定法解算每台所述相机的内参以及畸变系数。
[0020]优选的，所述步骤2包括如下步骤：
[0021]步骤2.1：将一待测镜面置于所述样品台上，调整所述样品台高度，将待测镜面置于所述显微物镜的焦平面上；
[0022]步骤2.2：求出投影图像与所述相机的位姿关系。
[0023]优选的，所述步骤2.2中，利用所述DMD投影仪投影编码图像，调整所述样品台高度直至可以通过所述相机看到清晰的编码图像，结合所述步骤2.1的所述样品台的运动信息求出投影图像与所述相机的位姿关系。
[0024]优选的，所述步骤3包括如下步骤：
[0025]步骤3.1：将待测镜面固定于所述样品台上，并将其置于所述显微物镜的焦平面上，所述DMD投影仪显示多步相移三频外差的正弦条纹，相机拍摄经待测镜面表面反射后的正弦条纹，对所述DMD投影仪中的正弦条纹和所述相机拍摄的正弦条纹的条纹信息转换为坐标信息；
[0026]步骤3.2：根据所述步骤3.1得到的坐标信息以及投影图像与所述相机的位姿关系，求解待测镜面表面的法向量；
[0027]步骤3.3：将待测镜面表面的法向量恢复至待测镜面表面的轮廓信息，完成测量。
[0028]优选的，所述步骤3.1中，对所述DMD投影仪中的正弦条纹和所述相机拍摄的正弦条纹分别用相位解算和相位展开的方法，将条纹信息转换为坐标信息。
[0029]优选的，所述步骤3.3中，通过区域积分算法将待测镜面表面的法向量恢复至待测镜面表面的轮廓信息。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0031]1、本专利技术使用所述DMD投影仪增加了所述编码图案的光强，降低了环境光对超精密测量的影响，同时解决了高倍率物镜因传统投影屏幕光强较低无法使用的问题；
[0032]2、本专利技术利用DMD投影仪、收束透镜和毛玻璃扩散板组成的发光机构代替传统的投影屏幕作为光源，有着高亮度、高分辨率的优势；
[0033]3、本专利技术所使用的发光机构可以做到在不降低编码图像分辨率的基础上，极大程度的提高了光强，不仅减弱了环境光噪声的影响，还使高倍率显微物镜的使用成为可能。
附图说明
[0034]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0035]图1是本专利技术一种基于显微立体偏折束的测量装置实施实例的正视图；
[0036]图2是本专利技术一种基于显微立体偏折束的测量装置实施实例的光路图；
[0037]图3是本专利技术一种基于显微立体偏折束的测量装置标定实施实例的局部图；
[0038]图4是本专利技术一种基于显微立体偏折束的测量装置中DMD投影仪显示的编码图案的纵向条纹的示意图；
[0039]图5为本专利技术一种基于显微立体偏折束的测量装置中DMD投影仪显示的编码图案的横向条纹的示意图；
[0040]图6是本专利技术一种基于显微立体偏折束的测量装置中标定相机用的圆环标定板的立体示意图；
[0041]图7是本专利技术一种基于显微立体偏折束的测量装置中标定相机用的圆环标定板的俯视图。
[0042]图中示出：
[0043]显微立体偏折束组件1
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于显微立体偏折束技术的超精密测量装置，其特征在于，包括固定架(3)，所述固定架(3)上设置有显微立体偏折束组件(1)、样品台(2)及计算机；所述计算机与所述显微立体偏折束组件(1)连接，所述样品台(2)位于所述显微立体偏折束组件(1)的一侧；所述样品台(2)用于放置所述待测镜面(4)，所述显微立体偏折束组件(1)用于测量所述待测镜面(4)。2.根据权利要求1所述的基于显微立体偏折束技术的超精密测量装置，其特征在于，所述显微立体偏折束组件(1)包括DMD投影仪(101)、聚焦透镜(102)、收束透镜(103)、反射镜(104)、毛玻璃扩散板(105)、分光棱镜(106)、显微物镜(107)、成像透镜(108)及相机(109)；所述显微物镜(107)和所述样品台(2)依次设于所述分光棱镜(106)下方；所述成像透镜(108)和所述相机(109)依次设于所述分光棱镜(106)上方；所述聚焦透镜(102)和所述反射镜(104)依次设于所述分光棱镜(106)右方；所述毛玻璃扩散板(105)、所述收束透镜(103)及所述DMD投影仪(101)依次设于所述反射镜(104)上方；所述DMD投影仪(101)用于投影编码图案；所述计算机与所述相机(109)相连接，所述计算机用于采集所述相机(109)接收到的图像信息。3.一种基于显微立体偏折束技术的超精密测量方法，其特征在于，采用权利要求2所述的基于显微立体偏折束技术的超精密测量装置，包括如下步骤：步骤1：对所述显微立体偏折束组件(1)中的所述相机(109)进行标定，得到所述相机(109)的内参和畸变参数；步骤2：将待测镜面(4)置于所述样品台(2)上对所述显微立体偏折束组件(1)进行标定，获取所述显微立体偏折束组件(1)中的所述DMD投影仪(101)经过所述收束透镜(103)、所述毛玻璃扩散板(105)、所述反射镜(104)、所述聚焦透镜(102)、所述分光棱镜(106)及所述显微物镜(107)投影至待测镜面(4)上方的像与所述相机(109)的位姿关系；步骤3：将待测镜面(4)固定于所述样品台(2)上，通过所述显微立体偏折束组件(1)进行测量，利用所述计算机(3)还原待测镜面(4)的表面形貌。4.根据权利要求3所述基于显微立体偏折束技术的超精密测量方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱利民，侯润洲，任明俊，刘嘉宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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