专利名称：一种使用菲索干涉仪检测被测元件的快速自动调整的方法
技术领域：
本发明属于测量技术领域，涉及一种使用菲索干涉仪检测被测元件的快速自动调整的方法。
背景技术：
光学检测的精度与重复性直接影响着光学元件的加工与光学系统的制造的技术水平，随着光学系统复杂程度的提高，光学元件加工精度要求的不断提高，对光学检测也提出了更高的要求。菲索干涉仪被广泛应用于光学元件的面形检测，曲率半径检测和光学系统透过波前检测等方面，是光学检测中一种重要设备。一般的检测过程是在安装被测元件后，人工调整被测元件的姿态与位置，通过观察显示器上的干涉图像，反复调节，直到出现理想的干涉条纹图像，再通过菲索干涉仪进行相关的检测，最终输出检测结果。上述的方法一方面需要操作人员具有一定的干涉检验知识和调整操作经验，对操作人员的技术要求较高，而且需要反复多次的人工调整，才能得到较好的检验结果；另一方面由于人工判读干涉条纹，不同的操作人员往往判读结果并不相同，因此提高了使用菲索干涉仪进行光学检测的重复性， 也就是限制了光学检测的精确性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种使用菲索干涉仪检测被测元件的快速自动调整的方法，可以对被测元件进行高精度且快速的姿态与位置调整，提高了调整的效率，降低由于人工判读对菲索干涉仪测量结果的影响。一种使用菲索干涉仪检测被测元件的快速自动调整的方法，包括如下步骤1)安装被测元件，沿精密直线导轨移动被测元件到指定测试位置，启动条纹图像自动判读程序，PC接口读入菲索干涉仪实时采集的干涉条纹图像，进行干涉条纹图像的预处理，去除噪声并增强图像对比度得到干涉条纹的图像；2)利用自适应二值化算法计算得到干涉条纹的二值化图像，进行像素投影运算分析得到干涉条纹的几何中心与全场相位，进而得到被测元件的调节参数；3)当干涉条纹为理想条纹且数目合适时，若被测元件的调节参数满足要求，则使用菲索干涉仪进行干涉测量，完成被测元件的调整；若被测元件的调节参数不满足要求时， 则进行步骤4)；4) PC再次分析干涉条纹反馈调节并采用PID (比例积分微分)控制算法修正具体的调节参数，通过驱动俯仰倾斜方向调整装置、垂直水平方向调整装置、载物台和精密直线导轨对被测元件的姿态进行调整；5)重复步骤2)至步骤4)，最终调节到干涉条纹为理想条纹且干涉条纹数目合适， 完成被测元件的调整。本发明具有调节速度快，动态特性好等特点。降低了对操作人员的技术要求，并提高了使用菲索干涉仪进行光学检测的效率与检测结果的重复性；计算测量方法代替人工条纹判读，提高了判读速度与准确性，算法原理简单，运算效率高，可实现对动态条纹图像的实时判读。
图1是本发明菲索干涉仪被测元件自动调整系统的结构图。图2是本发明一种使用菲索干涉仪检测被测元件的快速自动调整的方法流程图。图中1、菲索干涉仪，2、被测元件，3、俯仰倾斜方向调整装置，4、垂直水平方向调整装置，5、载物台，6、精密直线导轨。
具体实施例方式如图1所示，本发明方法所使用的菲索干涉仪被测元件自动调整系统包括，俯仰倾斜方向调整装置3、垂直水平方向调整装置4、载物台5和精密直线导轨6 ；所述俯仰倾斜方向调整装置3与垂直水平方向调整装置4固定安装在载物台5之上；载物台5在精密直线导轨6上做线性运动。所述俯仰倾斜方向调整装置3通过机械夹具固定被测元件2。如图2所示，本发明一种使用菲索干涉仪检测被测元件的快速自动调整的方法， 包括如下步骤1)安装被测元件2，沿精密直线导轨6移动被测元件2到指定测试位置，启动条纹图像自动判读程序，PC接口读入菲索干涉仪1实时采集的干涉条纹图像，进行干涉条纹图像的预处理，去除噪声并增强图像对比度得到干涉条纹的图像；2)利用自适应二值化算法计算得到干涉条纹的二值化图像，进行像素投影运算分析得到干涉条纹的几何中心与全场相位，进而得到被测元件2的调节参数；3)当干涉条纹为理想条纹且数目合适时，若被测元件2的调节参数满足要求，则使用菲索干涉仪1进行干涉测量，完成被测元件2的调整；若被测元件2的调节参数不满足要求时，则进行步骤4)；4) PC再次分析干涉条纹反馈调节并采用PID控制算法修正具体的调节参数，通过驱动俯仰倾斜方向调整装置3、垂直水平方向调整装置4、载物台5和精密直线导轨6对被测元件2的姿态进行调整；5)重复步骤2)至步骤4)，最终调节到干涉条纹为理想条纹且干涉条纹数目合适， 完成被测元件2的调整。通过读取菲索干涉仪1实时采集的干涉条纹图像，根据被测元件表面面形可以分为两种情况若被测元件2表面为平面，则理想的条纹图像为平行的干涉条纹，因此仅需调整俯仰倾斜方向调整装置3。通过平面条纹判读算法对实时干涉条纹图像进行分析，得到被测元件2的俯仰倾斜信息，调整俯仰倾斜方向调整装置3，再次分析干涉条纹并采用PID控制算法修正具体的调节参数，进一步优化调节的相应过程，再次调节俯仰倾斜方向调整装置3，干涉条纹数目合适则完成平面被测元件2的调整；若被测元件2表面为球面，则理想的条纹图像应为同心圆环，因此需要对被测元件的垂直于干涉仪1光轴的方向进行二维调整与平行干涉仪光路的方向进行一维调整，通过球面干涉条纹判读算法对实时干涉条纹图像进行分析，得到被测元件光轴与干涉仪光轴的偏离信息对应位置的离焦信息，通过调整平台的驱动程序控制垂直水平方向调整装置4和载物台5进行调整，再次分析干涉条纹并同样采用PID控制算法修正具体的调节参数，进一步优化调节的相应过程，再次调节垂直水平方向调整装置4和载物台5，干涉条纹数目合适则完成球面被测元件2的调整。
驱动调节程序采用PID控制算法，并引用调节保护机制，在提高调节系统速度，动态特性的基础上，防止调节系统运动过快或抖动对被测元件的影响。
权利要求
1.一种使用菲索干涉仪检测被测元件的快速自动调整的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤1)安装被测元件(2)，沿精密直线导轨(6)移动被测元件(2)到指定测试位置，启动条纹图像自动判读程序，PC接口读入菲索干涉仪(1)实时采集的干涉条纹图像，进行干涉条纹图像的预处理，去除噪声并增强图像对比度得到干涉条纹的图像；2)利用自适应二值化算法计算得到干涉条纹的二值化图像，进行像素投影运算分析得到干涉条纹的几何中心与全场相位，进而得到被测元件(2)的调节参数；3)当干涉条纹为理想条纹且数目合适时，若被测元件(2)的调节参数满足要求，则使用菲索干涉仪(1)进行干涉测量，完成被测元件(2)的调整；若被测元件(2)的调节参数不满足要求时，则进行步骤4)；4)PC再次分析干涉条纹反馈调节并采用PID控制算法修正具体的调节参数，通过驱动俯仰倾斜方向调整装置(3)、垂直水平方向调整装置(4)、载物台(5)和精密直线导轨(6) 对被测元件(2)的姿态进行调整；5)重复步骤2)至步骤4)，最终调节到干涉条纹为理想条纹且干涉条纹数目合适，完成被测元件(2)的调整。
2.根据权利要求1所述的一种使用菲索干涉仪检测被测元件的快速自动调整的方法， 其特征在于，所述被测元件分成两种情况若被测元件(2)表面为平面，则理想的条纹图像为平行的干涉条纹，需把被测元件⑵安装在俯仰倾斜方向调整装置⑶上，PC调整俯仰倾斜方向调整装置⑶达到被测要求的指定位置；若被测元件⑵表面为球面，则理想的条纹图像为同心圆环，需把被测元件(2)安装在垂直水平方向调整装置(4)上，PC调整垂直水平方向调整装置(4)达到被测要求的指定位置。
全文摘要
一种使用菲索干涉仪检测被测元件的快速自动调整的方法属于测量技术领域，检测方法如下步骤安装装置，条纹判读，检测被测元件是否满足于要求；如果不满足，驱动调节装置，最终调节到干涉条纹为理想条纹且干涉条纹数目合适，程序结束。本发明可以对被测元件进行高精度且快速的姿态与位置调整，提高了调整的效率，降低由于人工判读对菲索干涉仪测量结果的影响，即进一步提高菲索干涉仪检测结果的重复性。
文档编号G01B11/24GK102322817SQ201110157810
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者代雷, 杨怀江, 王飞, 王高文, 隋永新 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所