一种平面等厚干涉数显测量装置及测量平晶平面度的方法与流程

本发明属于测量仪器及测量方法领域，提供了一种平面等厚干涉数显测量装置及采用该装置测量平晶平面度的方法。

背景技术：

平面等厚干涉仪是通过标准平晶与被测平晶比较测量被测平晶平面度的光机型仪器，其采用人眼通过读数显微镜对图像多次瞄准对线并由测微鼓轮读取数据，根据公式计算被测平晶平面度。该方法测量误差源较多、测量结果准确度和测量效率低，而工作强度大更是始终困扰着测量人员。近年来随着CCD摄像和计算机图像处理技术的应用，采用该技术对光波等倾干涉条纹和等厚干涉条纹图像处理，在国内高校及计量技术机构均有研究，但在该技术的广泛适用性、CCD图像传感器的快捷安装、数据处理及结果输出等方面，本发明所采用的技术尚未见应用。

技术实现要素：

本发明为解决平面等厚干涉仪测量平晶平面度存在测量过程复杂、测量效率和准确度低、工作强度大的缺点和技术难题，提供了一种平面等厚干涉数显测量装置及采用该装置测量平晶平面度的方法，优化原有测量过程，提高自动化测量程度，有效解决原有测量方法中的技术难题。

本发明的目的之一是提供一种平面等厚干涉数显测量装置，包括光波等厚干涉光路结构，还包括图像采集与传输模块、图像识别与处理模块和数据采集与处理模块，所述图像采集与传输模块是在光学等厚干涉光路结构视场管安装的CCD图像传感器，还包括与其相连的具有调节功能的专用转接套筒及终端设备计算机，所述CCD图像传感器通过数据传输线与所述计算机连接，所述图像识别与处理模块是安装在计算机内的对采集到的图像信息进行识别并处理的软件，所述数据采集与处理模块是安装在计算机内的程序软件，对图像上的选定测量点进行数据采集并计算处理后，直接显示被测平晶平面度测量值。

一种平面等厚干涉数显测量装置由CCD图像传感器（2），图像识别与处理模块（8），数据采集与处理模块（9），及计算机（6）组成。

一种平面等厚干涉数显测量装置，本装置由图像传感器与数字摄像机（2），图像识别与处理模块（8），数据采集与处理模块（9），计算机（6）及平面等厚干涉光路结构（3），构成，其特征在于：本装置所述图像采集与传输模块（7）是安装在光学等厚干涉光路视场管的CCD图像传感器与数字摄像机（2），与其固连的具有调节功能的专用转接套筒，CCD图像传感器与数字摄像机（2）通过传输线与所述计算机（6）连接；图像识别与处理模块（8）是安装在计算机（6）内的对图像信息进行识别并处理的软件；数据采集与处理模块（9）是安装在计算机内对测量点进行数据采集并计算，最终显示被测平晶平面度测量值（17）的软件。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置，其特征在于：所述CCD图像传感器与数字摄像机（2）为CCD图像传感器与CCD数字摄像机的成套组合。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置，其特征在于：所述图像识别与处理模块（8）包括图像识别模块（12）和图像处理模块（13）。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置，其特征在于：数据采集与处理模块（7）包括数据采集模块（15）、数据处理模块（16）和显示平面度测量值模块（17）。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置，其特征在于：所述CCD图像传感器与数字摄像机（2）还包括与其相连的具有调节功能的专用转接套筒。

本发明的另一个目的是提供一种采用平面等厚干涉数显测量装置测量平晶平面度的方法。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置测量平晶平面度的方法，其特征在于：测量的步骤如下：

（1）将被测平晶放置在标准平晶工作面上；

（2）打开计算机及平面等厚干涉数显测量装置电源的预热；

（3）打开平面等厚干涉数显测量软件；

（4）进行图像采集与传输；

（5）进行图像识别与处理；

（6）调整干涉条纹图像的位置和数量满足测量要求；

（7）通过转接套筒微调至出现清晰干涉条纹；

（8）选取测量点；

（9）计算并显示平面度测量值。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置测量平晶平面度的方法，其特征在于：所述步骤（5）依次包括图像预处理、图像二值化、图像腐蚀膨胀处理、图像条纹细化处理、毛刺处理及图像修整，最终得到平面度干涉条纹。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置测量平晶平面度的方法，其特征在于：还包括步骤（9）中所述的数据采集、数据处理、显示平面度测量值的步骤。

附图说明：

图1是本发明平面等厚干涉数显测量装置的硬件结构示意图；

图2是本发明的系统框图；

图3是本发明平面等厚干涉数显测量装置测量平晶平面度方法的流程图；

图4是本发明中图像处理结果及参数选取方法的示意图。

图中：1、钠光光源；2、CCD图像传感器；3、平面等厚干涉仪；4、标准平晶与被测平晶；5、电源稳压器；6、计算机；7、图像采集与传输模块；8、图像识别与处理模块；9、数据采集与处理模块；10、图像采集；11、图像传输；12、图像识别；13、图像处理；14、选取测量点；15、数据采集；16、数据处理；17、显示平面度测量值。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并结合附图详细说明如下：

图1是本发明平面等厚干涉数显测量装置的硬件结构示意图，包括原平面等厚干涉仪的光波干涉光路结构（3），在光波干涉光路结构（3）的视场管安装的CCD图像传感器（2），在本实施例中，CCD图像传感器为CCD数字摄像机并附带具有调节功能的专用转接套筒，在终端设备计算机（6）的主机内安装有图像及数据处理软件。

图2是本发明平面等厚干涉数显测量装置的系统框图，包括图像采集与传输模块（7）、图像识别与处理模块（8）和数据采集与处理模块（9）。其中图像采集与传输模块（7）是安装在光波干涉光路结构（3）的视场管的CCD图像传感器及其附带具有调节功能的专用转接套筒，图像识别与处理模块（8）是安装在计算机主机内的图像识别与处理软件，数据采集与处理模块（9）是安装在计算机主机内的数据采集与处理软件。数据采集与处理模块（9）包括人员在图像上选取测量点（14）、数据采集模块（15）、数据处理模块（16）和显示平面度测量值模块（17）。

本发明的另一个目的是提供一种采用平面等厚干涉数显测量装置测量平晶平面度的方法。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置测量平晶平面度的方法，其特征在于：测量的步骤如下：

（1）将被测平晶放置在标准平晶工作面上；

（2）打开计算机及平面等厚干涉数显测量装置电源的预热；

（3）打开平面等厚干涉数显测量软件；

（4）进行图像采集与传输；

（5）进行图像识别与处理；

（6）调整干涉条纹图像的位置和数量满足测量要求；

（7）通过转接套筒微调至出现清晰干涉条纹；

（8）选取测量点；

（9）计算并显示平面度测量值。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置测量平晶平面度的方法，其特征在于：所述步骤（5）依次包括图像预处理、图像二值化、图像腐蚀膨胀处理、图像条纹细化处理、毛刺处理及图像修整，最终得到平面度干涉条纹。

所述的一种平面等厚干涉数显测量装置测量平晶平面度的方法，其特征在于：还包括步骤（9）中所述的数据采集、数据处理、显示平面度测量值的步骤。

在本发明中，步骤（9）数据处理中平面度采用了未对标准平晶平面度修正的计算公式：

其中：为被测平晶的平面度测量值、为条纹间距、为通过直径的最大弯曲量、为所使用光源的光波波长。

图4是本发明中图像处理结果及参数选取方法的示意图。从图中可见平面度计算公式中、两参数的取值方法。

本发明所达到的测量效果是：

在Φ（30～100）mm测量范围内，平晶平面度测量不确定度：

U≤0.020μm，（k =2）。

本发明具有的优点和有益效果：本发明平面等厚干涉数显测量装置通过CCD图像传感器和计算机图像及数据处理技术，实现了测量过程和测量结果数据处理的自动化，有效消除原测量过程中多项误差源，减小随机误差，提高测量结果准确度和测量效率，在Φ（30～100）mm测量范围内，平晶平面度测量不确定度为（0.005～0.020）μm，（k =2），与原测量方法的不确定度（0.013～0.024）μm，（k =2）相比，测量质量明显提升。同时成本低廉，硬件安装及图像调焦简捷快速，显著减轻人员工作强度，且具有普遍的适用性。