移相干涉测量系统及测量方法与流程

技术特征：
1.一种移相干涉测量系统，其特征在于，包括光源单元、参考反射镜、第一分束镜、扩束镜、移相器、光电探测器；其中，所述光源单元用于发出不同波长的光束，所述光束经所述扩束镜扩束后入射至所述第一分束镜，一部分被反射作为参考光束，另一部分被透射作为测量光束；所述参考光束入射至所述参考反射镜，经所述参考反射镜反射至所述第一分束镜，经所述第一分束镜透射至所述光电探测器，所述参考反射镜与所述移相器固定连接，所述移相器控制所述参考反射镜沿所述参考光束方向往复移动对所述参考光束进行相位调制；所述测量光束入射至待测物，经所述待测物反射回所述第一分束镜，经所述第一分束镜反射至所述光电探测器，且与所述参考光束发生干涉，通过分析干涉信息获取待测物表面待测点的高度值。2.根据权利要求1所述的移相干涉测量系统，其特征在于，还包括用于偏倚补偿矫正的位移测量单元，所述位移测量单元包括第二分束镜和位移测量仪；所述测量光束经所述第二分束镜被分为反射光束和透射光束，所述反射光束被反射至所述位移测量仪；所述透射光束经待测物反射回所述第二分束镜，经所述第二分束镜透射至所述第一分束镜，经所述第一分束镜被反射至所述光电探测器，且与所述参考光束进行干涉。3.根据权利要求2所述的移相干涉测量系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元包括用于控制所述光源单元光束的波长和光强度的光源控制模块、用于控制所述移相器进行往复移动的相位控制模块、用于接收所述光电探测器的数据并计算待测物的面型的计算模块、用于补偿移相干涉测量系统误差的偏移补偿模块。4.根据权利要求2所述的移相干涉测量系统，其特征在于，所述光源单元包括第一激光器、第二激光器、第三激光器、第一可变中性密度滤光片、第二可变中性密度滤光片、第三可变中性密度滤光片、第二反射镜、第三分束镜、第四分束镜；其中，所述第一激光器发出的光束进入所述第一可变中性密度滤光片，滤光后进入所述第二反射镜，经所述第二反射镜反射后，依次经过所述第三分束镜的反射、所述第四分束镜的透射进入所述扩束镜；所述第二激光器发出的光束进入所述第二可变中性密度滤光片，滤光后依次经过所述第三分束镜的反射、第四分束镜的透射进入所述扩束镜；所述第三激光器发出的光束进入所述第三可变中性密度滤光片，滤光后经过所述第四分束镜的反射进入所述扩束镜。5.根据权利要求2所述的移相干涉测量系统，其特征在于，所述光源单元包括多波长激光光源、旋转滤光盘；所述多波长激光光源发出的光束进入旋转滤光盘，经过滤光后进入所述扩束镜。6.一种使用如权利要求1
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5中任一项所述的移相干涉测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、对待测物表面的待测点进行测量，所述光源单元分时输出n路不同波长的光束，每输出一路光束，所述移相器往复移动p次进行光相位调制，所述光电探测器采集p次，通过所述光电探测器采集的数据计算每路光束的初相位其中，n为≥3的正整数，p为≥4的正整数；
s2、取两路波长长度差值最小的光束构成近波长；取两路波长长度差值最大的光束构成远波长；成远波长；其中，λ
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为近波长；λ
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为远波长；λ1、λ2分别为波长差值最小的两束光束的波长；λ1、λ3分别为波长差值最大的两束光束的波长；别为波长差值最大的两束光束的波长；其中，分别为波长λ1、λ2、λ3光束的相位；为近波长、远波长的相位差；s3、将公式(1)
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(4)代入如下公式：其中，λ为所述光源单元输出的光束的波长，m为干涉级次，为所述光束的初相位，且所述待测物表面上待测点的高度值l的公式组如下；所述待测物表面上待测点的高度值l的公式组如下；所述待测物表面上待测点的高度值l的公式组如下；令m＝0，将λ
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代入公式(5)中，可求得公式(6)；将公式(6)中所算得的待测物11表面上待测点的高度值l代入公式(7)中，求得m
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；将m
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和代入公式(5)中再次求得所述待测点的高度值l，将再次求得的所述待测点的高度值l值代入公式(8)求出m3；其中，m
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代表远波长对应的干涉级次，m3代表波长λ3所对应的干涉级次。7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，在步骤s3之后，还包括步骤s4：s4、分别对所述远波长的干涉级次m
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、λ3所对应的干涉级次m3、λ3所对应的初相位进行圆整运算处理，获得相位修正后的远波长的干涉级次m’13
、λ3所对应的干涉级次m
’3、λ3所对应的初相位
其中，[]为圆整运算符号。8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，在步骤s4之后还包括步骤s5：s5、将所述干涉级次m
’3、所述代入公式(5)中，获得所述待测物表面上待测点的高度值的精确值。9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，在步骤s5之后还包括步骤s6：s6、通过所述反射光束被反射至所述位移测量仪的位置信息对获得的待测物表面上待测点的高度值的精确值进行误差补偿，以获得无误差的待测物表面面型的轮廓信息。10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，误差补偿的具体方式为：无偏移量情况下，所述反射光束在所述位移测量仪上的入射点为(x0,y0)，发生偏移量后反射光束的入射点为(x1,y1)，通过计算两点间的偏移角度和距离来补偿入射点的偏移量，获得待测物表面面型的轮廓信息。

技术总结
一种移相干涉测量系统，包括光源单元、参考反射镜、第一分束镜、扩束镜、移相器、光电探测器；光源单元发出不同波长的光束，光束经扩束镜扩束后入射至第一分束镜，一部分被反射作为参考光束，另一部分被透射作为测量光束，参考光束入射至参考反射镜，经参考反射镜反射至光电探测器，参考反射镜与移相器固定连接，移相器控制参考光束进行相位调制；测量光束入射至待测物，经待测物反射回第一分束镜，经第一分束镜反射至光电探测器，且与参考光束发生干涉。本发明解决了单波长干涉测量方法只能测得0到2π范围内的相位值。解决了现有干涉测量系统测量距离被极大限制住，只能在λ/2范围内，实现精准测量的技术问题。实现精准测量的技术问题。实现精准测量的技术问题。


技术研发人员：王建立 王之一 糜小涛 杨永强 明名 张玉良 陈宝刚 陈琦
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2021/11/2