相移及相倾可切换双模式干涉测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光干涉测试领域，特别是一种相移及相倾可切换双模式干涉测量装 置及其测量方法，可以克服环境振动干扰。
【背景技术】
[0002] 干涉技术是光学测试中非常有用的一项技术，它通过条纹的数字化处理来获 得相位分布。为了实现高精度的相位提取，通常采用相移干涉PSI (Phase Shifting Interferometry)技术。在标准PSI技术中，需要利用相移器对干涉相位进行等间隔平移， 移动量通常为η/2。由此形成了很多的相移计算方法，目前广泛应用于各种干涉测试场合。
[0003] 相移干涉技术为了实现等间隔相移，严格的相位标定是一个非常重要的技术环 节。然而，相位标定处理跟相移器硬件相结合，实现比较复杂；另一方面，干涉测试系统随着 使用时间的增加，相移器性能下降，从而影响相移的稳定性。为了克服该技术问题，可以采 用随机相移技术，不需要严格的等间隔相位移动。但是，无论是标准相移技术还是随机相移 技术，在振动受扰环境下进行使用都无法避免振动带来的计算误差影响。振动的影响实质 上是使相位平面发生了倾斜，因此抗振干涉方法主要是从硬件方案和软件算法等方面来消 除相位平面倾斜的影响。美国4D公司生产的动态干涉仪采用同步相移的方法，可一次性获 得多幅干涉图，有效的克服了环境振动对测量的影响。但其结构复杂，对光机实现的要求很 高，价格昂贵。因此，发明低成本并且能够有效克服振动干扰的干涉测试方法和装置具有重 要应用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种相移及相倾可切换双模式干涉测量装置及其测量方 法，能够在振动测量环境下得到高精度的干涉测量结果，而且结构实现容易，成本较低。
[0005] 技术方案
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种相移及相倾可切换双模式干涉测量装 置，包括干涉仪，参考镜，参考镜位移调整装置和计算机，位移调整装置设置在干涉仪光线 出射口前端，干涉仪与计算机连接；位移调整装置包括第一压电陶瓷驱动器、第二压电陶瓷 驱动器、第三压电陶瓷驱动器和参考镜夹持结构；参考镜夹持结构为环形结构，参考镜放置 在参考镜夹持结构的圆环中心，第一压电陶瓷驱动器、第二压电陶瓷驱动器、第三压电陶瓷 驱动器均匀对称分布在参考镜夹持结构的外环圆周上。
[0007] -种相移及相倾可切换双模式干涉测量装置的测量方法，步骤如下：
[0008] 步骤一：判断待测件所处的测量环境是否存在机械振动，若没有机械振动，进入步 骤二；若存在机械振动，进入步骤三。
[0009] 步骤二：在相移测试模式下：
[0010] 2-1)干涉仪射出干涉光线，位移调整装置对参考镜位置进行等间隔平移调整，即 相移步进，得到四幅相移干涉图，每一幅干涉图的相移量均为η/2 ;
[0011] 2-2)干涉仪探测接收四幅相移干涉图，并将其传入计算机；
[0012] 2-3)计算机利用四步相移算法恢复待测件的被测相位。
[0013] 步骤三：相倾测试模式下：
[0014] 3-1)干涉仪射出干涉光线，位移调整装置共步进N步，其中N>6,前N-I步参考镜 进行相移步进，第N步时，改变参考镜倾斜角度，即三个压电陶瓷驱动器中两个压电陶瓷驱 动器电压一致，另一个压电陶瓷驱动器电压不同，共得到N幅干涉图，其中最后一帧干涉图 的条纹数大于10 ;
[0015] 3-2)干涉仪探测接收N幅干涉图，并将其传入计算机；
[0016] 3-3)计算机通过相倾干涉算法恢复待测件的被测相位。
[0017] 本发明与现有干涉测量技术相比，其显著优点在于：
[0018] (1)相比于现有相移干涉测试装置，本发明增加了相倾干涉测试模式，提高了测量 仪器的适用范围。
[0019] (2)相比于一般干涉测试方法，增加的相倾干涉测试法具有高鲁棒性与计算精度， 可以用于振动受扰环境下的干涉测量，实现高精度分析。
[0020] ( 3 )相比于现有的抗振干涉方法与装置，本发明结构实现容易，成本较低。
【附图说明】
[0021] 图1为实现本发明方法的装置结构示意。
[0022] 图2为相位倾斜干涉图，其中最后一幅为1?载频干涉图。
[0023] 图3为Radon变换不意图；其中（a)为两干涉图相减后的二值化图像，（b)为Radon 变换后的峰值图像。
[0024] 图4为四步移相干涉图。
[0025] 图5为测试结果的二维相位分布；其中（a)为相倾方法得到的相位，（b)为相移方 法得到的相位。
【具体实施方式】
[0026] 结合图1，本发明所述的相移及相倾可切换双模式干涉测量装置包括干涉仪26， 参考镜25,参考镜位移调整装置和计算机3,位移调整装置设置在干涉仪26光线出射口前 端，干涉仪26与计算机3连接；位移调整装置包括第一压电陶瓷驱动器21、第二压电陶瓷 驱动器22、第三压电陶瓷驱动器23和参考镜夹持结构24 ;参考镜夹持结构24为环形结构， 参考镜25放置在参考镜夹持结构24的圆环中心，第一压电陶瓷驱动器21、第二压电陶瓷驱 动器22、第三压电陶瓷驱动器23均匀对称分布在参考镜夹持结构24的外环圆周上。第二 压电陶瓷驱动器22和第三压电陶瓷驱动器23水平等高，或第一压电陶瓷驱动器21和第二 压电陶瓷驱动器22水平等高，或第一压电陶瓷驱动器21和第三压电陶瓷驱动器23水平等 高。干涉光线由干涉仪26射出，经过参考参考镜25和测试镜1分别有反射光进入干涉仪， 其中参考镜25反射的为参考光，测试镜1反射的为测试光。由于参考镜与测试镜的位置差 异，参考光与测试光存在一定的光程差，在干涉仪内部发生干涉，产生干涉图31。干涉条纹 由干涉以内的探测器接受，传输到计算机3。一种相移及相倾可切换双模式干涉测量装置的 测量方法，其步骤如下：
[0027] 步骤一：判断待测件所处的测量环境是否存在机械振动，若没有机械振动，进入步 骤二；若存在机械振动，进入步骤三；
[0028] 步骤二：在相移测试模式下：
[0029] 2-1)干涉仪射出干涉光线，位移调整装置对参考镜位置进行等间隔平移调整，即 相移步进，得到四幅相移干涉图，每一幅干涉图的相移量均为η/2 ;
[0030] 2-2)干涉仪探测接收四幅相移干涉图，并将其传入计算机；
[0031] 2-3)计算机利用四步相移算法恢复待测件的被测相位；
[0032] 步骤三：相倾测试模式下：
[0033] 3-1)干涉仪射出干涉光线，位移调整装置共步进N步，其中Ν>6,前N-I步参考镜 进行相移步进，第N步时，改变参考镜25倾斜角度，即三个压电陶瓷驱动器中两个压电陶瓷 驱动器电