基于棋盘光栅ronchi检验法的微变液面测量

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1、第１５卷第６期光学精密工程Ｖｏｌ．１５Ｎｏ．６２００７年６月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎ．２００７文章编号１００４９２４Ｘ（２００７）０６０８１２０６基于棋盘光栅Ｒｏｎｃｈｉ检验法的微变液面测量张明照，王伯雄，罗秀芝，刘国忠，胡柏青（清华大学精密仪器与机械学系，北京１０００８４）摘要：提出了基于棋盘光栅Ｒｏｎｃｈｉ检验法的微变表面形貌测量方法，可同时测量被测表面形貌两个正交方向的斜率，因而可通过一幅变形棋盘光栅图重构被测表面形貌。使用取微分极值的方法可简单有效地实现变形棋盘光

2、栅图两个正交方向信息的分离和提取。根据所提出的测量方法和数据提取算法建立了微变表面形貌测量系统并对静态和动态表面形貌进行了测量。结果表明，所建立系统的分辨率＜０．１μｍ，测量范围＞５０μｍ，符合有关研究中对微变液面的测量需求。关键词：棋盘光栅；Ｒｏｎｃｈｉ检验法；表面形貌；图像处理中图分类号：Ｏ４３６．１；ＴＢ９２；ＴＰ３９１．４文献标识码：Ａ犘狉狅犳犻犾犲犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犳狅狉犿犻犮狉狅狏犪狉狔犻狀犵犾犻狇狌犻犱狊狌狉犳犪犮犲犫犪狊犲犱狅狀犮犺犲狊狊犫狅犪狉犱犵狉犪狋犻狀犵犚狅狀犮犺犻狋犲狊狋ＺＨＡＮＧＭｉ

3、ｎｇｚｈａｏ，ＷＡＮＧＢｏｘｉｏｎｇ，ＬＵＯＸｉｕｚｈｉ，ＬＩＵＧｕｏｚｈｏｎｇ，ＨＵＢａｉｑｉｎｇ（犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犘狉犲犮犻狊犻狅狀犐狀狊狋狉狌犿犲狀狋狊犪狀犱犕犲犮犺犪狀狅犾狅犵狔，犜狊犻狀犵犺狌犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犅犲犻犼犻狀犵１０００８４，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＢａｓｅｄｏｎｃｈｅｓｓｂｏａｒｄｇｒａｔｉｎｇＲｏｎｃｈｉｔｅｓｔ，ａｍｉｃｒｏｖａｒｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｍｅａｓｕｒｅｔｈ

4、ｅｓｌｏｐｅｓｉｎｔｗｏｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｆｏｒｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅｂｙｏｎｌｙｏｎｅｄｅｆｏｒｍｅｄｃｈｅｓｓｂｏａｒｄｇｒａｔｉｎｇｐａｔｔｅｒｎ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｗｏｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｉｎｄｅｆｏｒｍｅｄｃｈｅｓｓｂｏａｒｄｇｒａｔｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｓｃａｎｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｅｐａｒａｔｅｄａｎｄｅｘｔｒａｃｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓｉｍｐｌｅ

5、ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｅｘｔｒｅｍｕｍｔｒａｃｋｉｎｇ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｄａｔａｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｍｉｃｒｏｖａｒｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔｕｐｔｏｍｅａｓｕｒｅａｓｔａｔｉｏｎａｒｙｓｕｒｆａｃｅａｎｄａｖａｒｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｅｅｔｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｎｅｅｄｏｆｍｉｃｒｏｖａｒｙｉｎｇ

6、ｌｉｑｕｉｄｓｕｒｆａｃｅｉｎｓｏｍｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓｗｉｔｈｉｔｓｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｌｅｓｓｔｈａｎ０．１μｍａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒａｎｇｅｍｏｒｅｔｈａｎ５０μｍ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃｈｅｓｓｂｏａｒｄｇｒａｔｉｎｇ，Ｒｏｎｃｈｉｔｅｓｔ，ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅ，ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ间接反映了液体浓度、温度和相变等一系列物理１引言化学特性。晶体发生相变时（液态到固态或固态到液态），会伴随着振动和表面张力等因素的改环境温度变化和外界干扰等因素会使液体表变，液体表面形貌态亦会因之

7、发生变化。因此，对面产生不同程度的变形，这种液面变形是动态的，晶体相变过程的了解可以通过对液表面形貌态的收稿日期：２００６１０１９；修订日期：２００７０１０８．基金项目：科技部中德科技合作重点项目（Ｎｏ．２００３ＤＦＢ０００２８）第６期张明照，等：基于棋盘光栅Ｒｏｎｃｈｉ检验法的微变液面测量８１３观测实现。Ｒｏｎｃｈｉ检验法是最简单和常用的光学系统［１４］评价和测量方法之一。Ｒｏｎｃｈｉ检验法最初被用于透镜和反射镜的定性检验，后来发展为微变表面形貌的定量测量。Ｒｏｎｃｈｉ检验法的主要光学元件是Ｒｏｎｃｈｉ光

8、栅，通过分析Ｒｏｎｃｈｉ检验法中得到的条纹图（有文献称为Ｒｏｎｃｈｉ图），可以得到被测表面形貌垂直于Ｒｏｎｃｈｉ光栅栅线方向的斜率。测得相互正交的两个方向的斜率，就可重构表面形貌。为了得到被测表面形貌的相互正交图１Ｒｏｎｃｈｉ检验法表面形貌测量原理的两个方向的斜率，一种方法是将Ｒｏｎｃｈｉ光栅旋Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｕｒｆａｃｅｐｒ