移相数字波面干涉仪检定平晶平面度
相移式激光平面干涉仪校准规范
相移式激光平面干涉仪校准规范1 范围本规范适用于测量光学平面的面形偏差和平面平晶平面度的相移式激光平面干涉仪（以下简称相移干涉仪）的校准。
2 引用文件本规范引用下列文件：JJG28-2000《平晶检定规程》JJF1100-2016《平面等厚干涉仪校准规范》ISO 14999-2：<Optics and photonics-Interferometric measurement of optical elements and optical systems-Part 2>ISO 14999-4：<Optics and photonics-Interferometric measurement of optical elements and optical systems-Part 4>使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。
3 定义3.1 标准平面镜干涉仪上，用于透射并产生反射参考光的光学平板，是平面面形偏差测量的基准。
标准平面镜是指安装在固定夹具中的标准平面平晶。
3.2 面形偏差被测面形相对参考面形状的偏差，其值以被测面上的点偏离参考面的距离来度量。
3.3 绝对面形偏差被测面形相对理想表面形状的偏差，其值以被测面上的点偏离理想表面的距离来度量。
3.4 PVPV也称为峰-谷值，用于评定面形偏差（或绝对面形偏差）的参数。
其值为被测表面上所有测量点中面形偏差（或绝对面形偏差）最大值与最小值的代数差。
3.5 PV10值PV10用于评定面形偏差（或绝对面形偏差）的参数。
其值为被测表面上所有测量点中，面形偏差（或绝对面形偏差）10个最大值的平均值与10个最小值的平均值的代数差。
3.6 PV rPV r定义为面形偏差的36项Zernike多项式拟合面PV加上3倍拟合残差（面形偏差减去36项Zernike多项式拟合面）的均方根值。
注：Zernike多项式定义按ISO 14999-2附录A和ISO 14999-4:附录B标准定义。
平晶测量平面度原理
平晶测量平面度原理《平晶测量平面度原理》1. 引言你有没有想过，那些精密机械零件的表面，怎么能保证超级平整呢？就像盖房子要保证地基平平整整一样，很多工业制造里的部件表面平整度可是至关重要的。
今天，咱们就来好好唠唠平晶测量平面度这个事儿，这其中的原理可大有学问。
在这篇文章里，我会先给大家说说基本概念和理论背景，再深入讲讲它的运行机制，然后看看在生活和高级工业领域的应用，当然也少不了聊聊常见的问题和误解，最后再介绍些相关知识，再做个总结展望。
2. 核心原理2.1基本概念与理论背景平晶，简单来说，就是一块非常平的晶体。
那这个平的标准是怎么来的呢？这就得说到平面度的概念了。
平面度就是指一个平面的平整程度，就好比你看一张纸，如果它是完全平的，那平面度就非常好，如果有褶皱或者弯曲，平面度就差。
平晶测量平面度的原理基础就是光学干涉原理。
这个光学干涉原理可是有很悠久的历史了。
从早期科学家们对光的特性不断探索，发现光具有波动性，到后来慢慢发展出用干涉现象来测量微小的距离或者形状差异。
2.2运行机制与过程分析平晶测量平面度是这样一个过程。
首先，把平晶放在要测量平面度的物体表面上。
这时候，如果被测表面是完全平的，光线在平晶和被测表面之间反射后，就会形成一种均匀的干涉条纹。
这个就好比是两个完全一样的水波叠加，如果它们同步，就会形成一种很规律的图案。
如果被测表面不平呢，那么平晶和被测表面之间的空气层厚度就会不一样。
这个时候，光线反射后的干涉条纹就会出现弯曲或者变形。
就像是原本整齐的队伍里突然插进了几个不同步的人，整个队伍的整齐性就被破坏了。
通过观察这些干涉条纹的形状、弯曲程度等，就能分析出被测表面的平面度情况。
比如说，条纹弯曲得越厉害，那就说明这个地方的平面度偏差越大。
而且根据条纹弯曲的方向，还能判断出是凸起还是凹陷。
这就像看地图上的等高线一样，弯曲的等高线能告诉你哪里是山峰哪里是山谷。
3. 理论与实际应用3.1日常生活中的实际应用其实在日常生活中，平晶测量平面度原理也有很多体现。
等倾与相移两种干涉仪的平面度绝对测量比对
等倾与相移两种干涉仪的平面度绝对测量比对王青;顾洋【摘要】采用三平面互检测量方法,分别在等倾干涉仪和相移干涉仪上对平晶平面度进行了绝对测量比对.针对两种干涉仪不同的测量原理,提出了一种规范方法以从相移干涉仪数十万点阵测量数据中,提取符合等倾干涉仪测量数据格式的结果;对比等倾干涉仪的结构与环境控制方法,研究了相移干涉仪进行平面度绝对检验过程中的温度、温度梯度、温度分层情况,采取双重保温措施下达到了0.002μm的测量重复性,和0.01μm的绝对检验测量不确定度.与等倾干涉仪的检定结果的差异小于0.01μm,证明了相移干涉仪用于平晶的平面度检定工作可行性.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】4页(P30-33)【关键词】平面度;相移干涉仪;等倾干涉仪;三平面互检【作者】王青;顾洋【作者单位】南京理工大学, 江苏南京210094;南京理工大学, 江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TB9210 引言在平晶计量中，传统上认为等倾干涉仪的测量精度要远远高于等厚干涉仪，其原因是等倾干涉仪是单点测量，可以准确地确定多个特定点上的高程差[1]，这对于量值传递来说是十分重要的。
而等厚干涉仪则是测量条纹的弯曲程度，通过一些在不特定位置上的交点(条纹与边缘的交点、条纹与垂直于条纹的直径的交点等)来计算平面度[2-3]，只能获得测量面的平面度估值。
因此上述两种仪器给出的平面度指标完全不一样：等倾干涉仪给出的是平面度(两个垂直截面上给十个点的数据)，等厚干涉仪则是按光圈N、局部光圈Δ1N，Δ2N来表述。
受此影响，相移干涉仪出现后，有许多人因其干涉光路、屏显干涉图图像与等厚干涉仪一致而认为其仅是等厚干涉仪的升级版，测量精度不如等倾干涉仪。
事实上，相移干涉仪的测量原理是在动态改变干涉腔相位长度的情况下，用CCD采集每个像素上的光强值变化，通过运算复原波前相位，因此相移干涉仪得到的基本测试结果是波前。
平面度等误差检测
平面度误差检测一、中小型零件1、检测工具：平面平晶2、检测方法：（1）对量块工作面、千分尺测蛅平面等高精度的小平面工件，一般多用平面平晶以光波干涉原理测量平面度；（2）测量时，将平面平晶贴在被测表面上，并稍加压力，当干涉条纹的数目为最少时，方可进行读数；（3）被测平面的平面度误差为封闭的干涉条纹数乘以光波波长λ的一半，即f=n*0.5λ；（4）对不封闭的干涉条纹，平面度误差为条纹的弯曲度与相邻两条纹间距之比乘以光波波长λ的一半，即f=0.5λ*a/b；（5）当干涉条纹为直线时，则说明被测表面是平整的。
注：比值a/b是靠目力估计的，其中：a：干涉带变曲度，b：干涉带宽度轴类零件圆度误差的检测1、两点法对圆度误差的检测（1）检测工具：检验平板、指示表、表架、支承。
（2）检测方法：a被测零件轴线应垂直于测量截面，同时固定轴向位置；B在被测件回转一周过程中，指示表读数的最大差值的一半为单个截面的圆度误差；C按上述方法，测量若干个截面，取其最大的误差值，为该零件的圆度误差；D转动时，可以转动被测零件，也可以转动量具。
f=0.5（M max-M min）2、三点法测量圆度误差（1）检测工具：V形块（90°、120°；72°、108°）或鞍形块、检验平板、指示表、表架（2）检测方法：适用于测量内外表面的奇数棱形状误差A、将被测零件放在V形块上，使其轴线垂直于测量截面、同时固定轴向位置；B、在被测件回转一周过程中，指示表读数的最大差值的一半为单个截面的圆度误差；C、按上述方法，测量若干个截面，取其最大的误差值，为该零件的圆度误差；D、此法测量结果的可靠性，取决于截面形状误差和V形块夹角的综合效果，通常用α=90°和120°或72°和108°两块V形块，分别测量；f=0.5（M max-M min）轴类零件圆柱度误差的检测计算一、三点法测量1、检测工具：检验平板、V形块、指示表、表架2、检测方法：（1）将零件放在检验平板上的长度大于零件长度的V形块内；（2）在被测零件回转一周过程中，测量一个横截面上最大与最小的读数。
平面度测量的常用几种方法及测量原理
平面度测量的常用几种方法及测量原理平面度（flatness;planeness)，是属于形位公差中的一种，指物体表面具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。
平面度误差是将被测实际表面与理想平面进行比较，两者之间的线值距离即为平面度误差值；或通过测量实际表面上若干点的相对高度差，再换算以线值表示的平面度误差值。
在传统的检测方法中，平面度的测量通常有：塞规/塞尺测量法、液平面法、激光平面干涉仪测量法（平晶干涉法）、水平仪/数字水平仪测量法、以及打表测量法。
塞尺测量法塞尺主要用于间隙间距的测量，对平面度的测量只能进行粗测。
塞尺使用前必须先清除塞尺和工件上的污垢与灰尘。
使用时可用一片或数片重叠插入间隙，以稍感拖滞为宜。
测量时动作要轻，不允许硬插。
也不允许测量温度较高的零件。
目前很多工厂仍使用该方法进行检测。
由于其精度不高，常规最薄塞尺为10um，检测效率较低，结果不够全面，只能检测零件边缘。
液平面法液平面法是用液平面作为测量基准面，液平面由“连通罐”内的液面构成，然后用传感器进行测量。
基于连通器工作原理，适合测量连续或不连续的大平面的平面度，但测量时间长，且对温度敏感，仅适用于测量精度较低的平面。
激光平面干涉仪测量法最典型的用法是平晶干涉法，用光学平晶的工作面体现理想平面，直接以干涉条纹的弯曲程度确定被测表面的平面度误差值，但主要于测量光洁的小平面的测量，如千分头测量面，量规的工作面，光学透镜。
激光干涉仪现因其体积小，重量轻、无需外接电源的特点被广泛地应用在光学加工企业，光学检测机构以及其他要进行光学表面检测的场合。
南京光研武汉事业部的GY301A和GY301B型激光干涉仪，其干涉图像与对准系统同步，无需切换，任何人都能简单操作，同时也能加长导轨配合测量尺寸简便的测量出曲率半径。
水平仪测量法水平仪是一种测量小角度的常用量具。
在机械行业和仪表制造中,用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。
移相式数字波面干涉仪中的几个技术问题
移相式数字波面干涉仪中的几个技术问题《移相式数字波面干涉仪》是一种用于测量波面干涉图的数字测量仪器。
它能够对光学元件的形状和位置进行精确测量，可以解决许多复杂的精密测量问题。
由于它在测量精度、稳定性和便携性方面的显著优势，已经被广泛应用于现代光学仪器的研制与制造中。
移相式数字波面干涉仪的基本原理移相式的数字波面干涉仪的基本原理是：将波场和衍射数据进行移动相位处理，使孤立的相位信息叠加到一起，从而实现高精度的位置测量。
具体来说，当光束被反射到一个特定的衍射光学元件时，会产生众多瓣状图，每个瓣状图都具有特定的相位信息，每个瓣状图都表示了元件的形状和位置。
移相式数字波面干涉仪可以用来处理这些瓣状图，将其中的相位信息叠加到一起，从而实现高精度的位置测量。
移相式数字波面干涉仪的技术问题1.素参数的精度问题：像素参数的精度影响着测量结果的准确性，因此，像素参数的精度问题是移相式数字波面干涉仪设计中需要特别注意的关键技术问题。
2.量稳定性问题：由于衍射数据的变化极其稳定，因此，只有稳定的测量系统才能保证测量的精确度。
因此，该系统的测量稳定性是设计中不可忽视的关键问题。
3.学组件的耦合问题：在设计移相式数字波面干涉仪的过程中，对入射光束的参数、光学元件的参数以及相应的耦合关系进行精确控制是一项关键技术。
4.电转换器抗衰减问题：光电转换器具有很高的抗衰减效果，因此在设计移相式数字波面干涉仪的过程中，必须考虑光电转换器的参数，尤其是其耐衰减范围，以确保测量系统的抗衰减性能。
5.差补偿问题：测量时会产生一定的误差，因此，设计移相式数字波面干涉仪的过程中，必须考虑误差补偿的参数，尤其是补偿系数的设定，使仪器的测量结果更加精确可靠。
结论以上就是关于移相式数字波面干涉仪中的几个技术问题的简要介绍，这些技术问题对于移相式数字波面干涉仪的设计和制造都具有至关重要的意义。
因此，应该将这些技术问题纳入移相式数字波面干涉仪的研发和应用范畴，并结合具体情况努力探索发展解决方案，以提高移相式数字波面干涉仪的性能和可靠性。
平晶检测平面度ppt课件
2021/4/19
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平面度的测定值
平面度的计算如下式：
式中：
Δ—平面度的测定值，单位为μm。 N—干涉光谱带数； λ—单色光波波长，单位为μm。
单色纳光光波波长为λ=0.6μm。一条光 带时，Δ为0.3μm，即平面度为0.3μm。
2021/4/19
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平面度的判读（图形见后4页所示）
条纹不规则——平面凹凸不平（如四页图示中的 右下角图所示）
合格判断标准待定
2021/4/19
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谢谢关系本资料 制定标准很重要
2021/4/19
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干涉条纹的形状一般有直线、圆形和弧形三种。
直线形等距的干涉条纹或没有条纹说明被检工作面非 常平整。
直线形不等距干涉条纹说明平面有弯曲。
圆形干涉条纹说明被检工作面为球面，圆心为工作面 的中凸或中凹的中心点，判断凹凸的方法是用手轻压 平晶中央，如干涉条纹向内跑即为中凹，向外跑即为 中凸。
2021/4/19
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常见干涉光谱带 —- 一条光带
2021/4/19
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常见干涉光谱带 —- 两条光带
2021/4/19
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常见干涉光谱带 —- 三条光带
2021/4/19
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常见干涉光谱带 —- 多条光带
2021/4/19
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检测装置结构示意
箱体
隔光板
浮封环 平晶
活动门
电源 稳压器 钠光灯管 毛玻璃 玻璃镜
相移式激光平面干涉仪校准规范
相移式激光平面干涉仪校准规范1 范围本规范适用于测量光学平面的面形偏差和平面平晶平面度的相移式激光平面干涉仪（以下简称相移干涉仪）的校准。
2 引用文件本规范引用下列文件：JJG28-2000《平晶检定规程》JJF1100-2016《平面等厚干涉仪校准规范》ISO 14999-2：<Optics and photonics-Interferometric measurement of optical elements and optical systems-Part 2>ISO 14999-4：<Optics and photonics-Interferometric measurement of optical elements and optical systems-Part 4>使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。
3 定义3.1 标准平面镜干涉仪上，用于透射并产生反射参考光的光学平板，是平面面形偏差测量的基准。
标准平面镜是指安装在固定夹具中的标准平面平晶。
3.2 面形偏差被测面形相对参考面形状的偏差，其值以被测面上的点偏离参考面的距离来度量。
3.3 绝对面形偏差被测面形相对理想表面形状的偏差，其值以被测面上的点偏离理想表面的距离来度量。
3.4 PVPV也称为峰-谷值，用于评定面形偏差（或绝对面形偏差）的参数。
其值为被测表面上所有测量点中面形偏差（或绝对面形偏差）最大值与最小值的代数差。
3.5 PV10值PV10用于评定面形偏差（或绝对面形偏差）的参数。
其值为被测表面上所有测量点中，面形偏差（或绝对面形偏差）10个最大值的平均值与10个最小值的平均值的代数差。
3.6 PV rPV r定义为面形偏差的36项Zernike多项式拟合面PV加上3倍拟合残差（面形偏差减去36项Zernike多项式拟合面）的均方根值。
注：Zernike多项式定义按ISO 14999-2附录A和ISO 14999-4:附录B标准定义。
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用 等 厚 干 涉 仪 或 等 倾 干 涉 仪 检 定 平 晶 工 作 面平 面度 时 ，干测量 得 到 ，因此 干 涉条 纹 间距和 弯 曲量测 量准确 与否 ，测量 环 境条 件 的 变 化 等 因素 都 会 影 响平 晶检 定 的 准 确
其 中： Ａ ＝ａ ＋ｂ
Ａ， ａ Ｏ ２ ｗ（ ， ＝２ ｂＣ Ｓ １ １
且 ＝２ ｂ ｉ ｋ （ ， ａｓ ｎ２ ｗ ｘ
式 中 ａ为背 景光 强 ， ｂ为干 涉条 纹 的调 周 期 ，亮 暗变化 Ｐ个 周期 ，对 应 光程差 ， 的
制度，， 为光程差， ，） ） 为干涉场的空间坐 ， 标。 由此 可见 ， 干涉 场任一 点 的光强 都 是 ， 的 正 弦 函数 。当Ｐ Ｔ 电陶 瓷驱 动参 考 反射 镜 Ｚ压
Ｉ ｉ
Ｏ ：， ‘ ０ ２ ａ ｌ １ ｌ － ｄ
， ｗ
】。 ：
ｆ 型 Ｏ ａ
２
：
２［ ＋￣ ｉａ ｗ ａ ａ，＋ｚ 。 ｘ ｙ ｙ
１ ｌ
０： ２， ２｝∑ ｏ ：Ｊ ｙ 厶 ＇ 一 ｗ ～
的系数 能相 互独 立 ，避 免系 数之 间耦合 造成 物 理 意义 的混淆 ，且对 光学 问题 的求解 过程
２
∑Ｉ ，ｌｓｋ （Ｙ，ｉ ｌ ｘ， ｎ， ）
＝
Ｉ
为 了减 小各种 因素影 响 ，提 高测量准 确度 ，对 Ｐ个 周期 的光强采 样 ×Ｐ个数据 作累加
平均， 则Ｎｘ 个采样点 （， ）波像差 函数为
ｗ ＝ｌ ｔ — （， ） ｇｌ （ ， ）ｉ ｓ ｎ （， ， ｃ ｓ ｒ 。 一ａ ， ） ２
做 整体和 规 则平移 ，每次 移动 都可 以获得 一 幅干 涉 图像 ，其 干涉 图像 光 强的数 学模型 可 简述 为
Ｓ ，， ＝ ｂ ＋ ａｃｓｋ （，）， （ Ｙ， ａ＋ ２ｂｏ２ｔ 一Ｊ ｘ ） ｗ
＝
Ａ ＋Ａ Ｃ Ｓ ｋ －Ｅ ｉ ｋ Ｏ ２ ／ｔ ｓｎ２ ｌ －
瓷驱动移 相 系统 、Ｃ Ｄ 图像 处 理系 统、计 算 Ｃ 机控 制等 系统 ，用移 相干 涉技 术检 定平 晶工 作 面 的平 面度 。
二 、移相 干涉 测量 原理
关键 词 ：移相 干涉 原理 Ｚ ｍｉｅ多 项式 ｅ ｋ 面形 偏差 峰谷 值 不确 定度 前言
一
、
在 菲索干 涉仪 的参考 镜 上按置 移相器 ， 移 相 器 压 电陶 瓷传 感 器 使 干 涉 仪 中 的 参考
根据波像 差 函数可 以得 到干涉 相位值 ，对 多幅静 态干涉 图采样 ，为 了表征 面形误 差 ， 设波像
差 Ｗ ＸＹ 为 （， ）
贝：ｗ ｘＹ ＝Ｗ（， 一 ｏ Ｙ ０ （，） ） ｗ （，） 式 中 ， ，）为 测 得 的 相 位 值 ， Ｗ（ ｗ （，） ｏｘＹ 为参考相位值。 设参考波面为平面 时的方程为ｗ （，） ０ １＋口 ，则 ｏｘＹ ＝ａ ＋口ｘ ２ 波像差Ｗ＝Ｗ ，） ａ ＋口 ＋ａＹ ， Ｙ 一（０ ｌ ２） 要
式中：，＝ｆ－ ＝１ … ，） ， －（ ， ， ＂ｉ ２ ２
。
由三 角 函数正 交性 可求 得
喜Ｘｌ ，， （ｉ ，） ｙ
一
３７ —
科技与管理》２ １ 第 １ ０ ０年 期
喜ｘｌｓ ｙ ２ ｃ， ， ｉ
＝
喜ｘｉ ， 』， （ｌ ，） ｙｓ ｉ
∑ 旦 ∑
各采样 点的相位 值可 由两个 加权 平均值 之 比给 出 ，即
变化量为Ｐ× ／ ２。若在一个周期 内压电陶 瓷 位移传 感器 变化 次 ，即在 一个 周期 内对 每 个采样 点采 样 刀次 ， 每次 移动 ２／ ｎ距 离 ， ２
移动 ２／ 干涉场中任一点的亮暗变化一个 ２，
，
每个采样 点（，） Ｊ 处光强值为 ，
ｌｘＹ『 ＝ ＋ ｌｏ２ｌ＋ １ｉ２ｌ （，，） Ａ ｓｋｆ Ｂ ｎ ｋ 』 ｃ ｓ ｊ
具 有 良好 的 收 敛 性 ，与 光 学 设 计 中惯 用 的
电技术有 限公 司共 同研 发移 相干涉 系统 ，运
用 移相干 涉 原理 ，在 菲 索干涉 仪基础 上 增加
移 项器 、干涉 仪控 制器 、干涉 图像 移项 采集
系 统和干 涉 图移项 分析 软件 ，形成 数字 波面 干 涉 仪 ，并 对数 字波 面干涉 仪 的不确 定 度进
行 分 析评 定 。
《 技 与 管 理》 ２ １ 科 ０ ０年 弟 Ｉ 期
移 相数字波面干涉仪检定平 晶平面度
盛建国
摘
要 ：本文 介绍 我所与 南京英 特 飞光
性 。我们 利用 菲索 干涉仪 参考 臂和 测量 臂基 本 上共 光路 ，能有 效抑 制环 境振动 、空气 对
流 、温度 场不 均匀 给测量 结 果带来 影 响的特 点 ， 菲索干 涉仪 的基础 上增 加 Ｐ Ｔ压 电陶 在 Ｚ
＝
使波像 差达 到最小值 ，按照最 小二乘法 原理
应 满 ＺＷ ＝ ｉ。 以 到 下 方 该足 ｒ 可得 以各 ａ ｎ
程组
∑ ＋ ＋ ２ — … ） ０ 口 Ｙ ｗ ｘＹ】 一 （ ＝
：
１＞ｏ
一
３ 一 ８
《 技 与 管 理》 ２ １ 科 ０ ０年 第 １ 期
ｆ ＝ａ Ｚ ［
通 过上 述 方 程 组 ，可 以确 定 系数 ａ 、 ａ 、 ａ ，从而 可 以得 到参 考 平 面 的方 程 ， ， ，
得 到 实 际相位值 。在光 学表 面检 测 的大 多数
情 况 中 ，被测 光 学表面 或光 学系 统 的 出射 光 波 面 总是趋 于 光滑和连 接 的 。 由于 Ｚ ｒ ｉ ｅ ｅ ｎ ｋ 多项 式在单位 圆上 的正交性 、旋 转对称 性 和