平面度干涉仪

　　作者：刘梦夏1 张鑫2 马晓苏1 左勇1

　　(1中航工业计量所，北京市海淀区温泉镇环山村1066信箱6分箱，100095)

　　(2中国北方工业公司, 北京市宣武区广安门南街甲12号， 100053)

　　1 绪论

　　平面度计量是几何量计量专业的重要分支，平面度是具有独立量值传递系统的重要参数。平面度的计量工作关系到国防工业中一系列相关产业的发展水平。据英国国家物理实验室、美国国家标准与技术研究所、德国国家物理技术研究院、日本国立计测研究所等网站信息，国外计量部门的平面度标准测量范围都已经达到 。

　　激光干涉测量是公认的高精度检测方法，高精度的平面度标准都是基于激光干涉原理来实现的。目前国家计量体系中平面度标准的干涉测量方法分为两种：等厚干涉和等倾干涉。等厚干涉条纹是由同一方向的入射光产生的干涉条纹。等厚干涉仪，采用条纹的最大弯曲量与条纹间隔的比值乘以半波长来确定，能充分反映被测平面信息。但是通过采集单幅干涉条纹图来判断条纹弯曲度来获取平面度，测量不确定度只有l/20，还是属于简单的几何测量方法。等倾干涉条纹是一系列与不同倾角对应的同心圆形干涉条纹，由于同一条干涉条纹对应的倾斜度相同,故称之为等倾干涉。等倾干涉仪，采用条纹的直径变化来表征平面度，测量只在相互垂直的两条直径上进行，不能充分反映被测平面的真实状况。在等倾干涉仪上应用三面互检法、四面互检法可以将精度提高到l/40，但工作量大、测量时间长。国内原有的平面度计量仪器，无论基于等厚干涉原理还是等倾干涉原理，大多数采用目视估读、手工操作、计算的方法，已经不能适应目前国内外干涉测量技术和干涉仪器的发展需求。目前国际上平面度计量都是采用压电陶瓷移相技术和图像处理技术，可以得到整个被测平晶面形的三维形貌图，最终测量结果以整个被测平晶面形的峰谷值、均方根值为平面度指标。

　　2 原理

　　移相，即在两相干光之间引入有序的位移，干涉条纹的位置也作相应的移动，从而引起干涉条纹图发生变化。移相应用于平晶表面测量，则是在移相过程中使用光电探测器采集多幅干涉条纹图来获取整个平晶表面形貌，最终测量结果以峰谷值和均方根值为指标来表示平面度。

　　课题研制的平面度干涉仪基于等厚干涉原理引入移相干涉测量方法，传统等厚干涉用于平面度测量，是采集单幅干涉条纹图来判断条纹弯曲度进而获取平面度。引入移相干涉测量方法，是通过采集多幅干涉条纹图，构建一个数学物理模型，解算出整个平晶表面的灰度分布状况，获取整个平晶表面形貌。多幅干涉条纹图一定程度上可以抑制噪声的影响，整个光瞳面上的光强不均匀影响较小，可以避免激光高斯分布的影响。