專利名稱：具有延伸成像深度的莫阿干涉測量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面輪廓檢測，尤其涉及莫阿干涉測量系統(tǒng)和方法，用于檢測大表面的表面輪廓且觀看圖像具有延伸的深度。
背景技術(shù)：
表面測量技術(shù)專用于通過嘗試辨別凹痕、平斑、皺紋和波紋等形狀不規(guī)則來檢查片狀金屬板材是否存在缺陷。有各種測量物體表面輪廓的非接觸方案。常規(guī)的檢查技術(shù)包括依靠表面上的光亮拋光并使用彩色熒光管來進行肉眼檢查。其它方案包括諸如光線仿形、立體觀察和形狀描影法等范圍尋找技術(shù)。然而，這些常規(guī)的方案本質(zhì)上是主觀的而且容易產(chǎn)生一些問題。
眾所周知另一種方案，即莫阿干涉測量術(shù)提供了具有灰度值的全視場處理數(shù)據(jù)，可使這些數(shù)據(jù)不易受明暗變化、污垢和其它非形狀參數(shù)的影響。莫阿干涉測量術(shù)是一種全視場的非接觸方法，用于對結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)形變測量平面外位移。典型的莫阿干涉圖案是與表面位置同等變化的一系列明暗條紋線，它們繪出物體輪廓的變化，就象地形地圖描繪地面的輪廓一樣。通過把兩個光柵疊加在一起來形成莫阿干涉測量條紋，一個光柵位于物體上，另一個是通過其觀察物體的基準光柵。通過最大限度和最小限度地疊加兩個光柵來產(chǎn)生莫阿圖案。攝像機或其它觀察裝置通過子(submaster)光柵劃線來觀察表面上的光柵劃線。
在名為“莫阿檢查系統(tǒng)”的5,307,152號美國專利中詳細描述了莫阿干涉測量系統(tǒng)的一個例子，通過引用把該專利包括于此。上述引用的系統(tǒng)包括用于把光柵劃線投射到一表面上的投影系統(tǒng)，此投影系統(tǒng)具有光源、光柵和投影透鏡。此外，莫阿干涉測量系統(tǒng)還包括一對觀察系統(tǒng)，每個觀察系統(tǒng)包括攝像機鏡頭、成像透鏡和用于通過子光柵劃線來觀察在表面上的光柵劃線的子光柵。攝像機獲得所觀察的光柵劃線的圖像并確定莫阿圖案，然后用該圖案把表面輪廓與黃金部分相比較來確定是否存在缺陷。可繪出表面形狀的莫阿圖案的靈敏度受到觀察角和投射角以及測試表面上光柵周期的影響。
與公知的瞄準線系統(tǒng)不同，莫阿分辨率的深度一般不受攝像機分辨率的限制?？烧{(diào)節(jié)莫阿干涉測量術(shù)的靈敏度以適合使用需求，此靈敏度一般可容許定位誤差或外來的動作。然而，與其它有用的方法相比，公知的莫阿干涉測量技術(shù)對光學(xué)系統(tǒng)有更多的要求。此外，已有技術(shù)的莫阿干涉測量系統(tǒng)一般不適用于以延伸的深度檢查大的板材。相反，公知的系統(tǒng)一般能對小的區(qū)域并在相對較窄的觀察深度內(nèi)進行范圍測量。
一般來說，投影系統(tǒng)和觀察系統(tǒng)之間的較大角度給莫阿圖案提供了更大的靈敏度。同樣，更精細的光柵周期也將提高靈敏度。一般，需要以大的角度對部件表面進行工作或使精細光柵在大表面上成像，這限制了具有高靈敏度尤其是在大的表面區(qū)域上具有高靈敏度的愿望。為了在部件表面的內(nèi)外保持在幾何形狀上準確的圖像，投影透鏡和觀察透鏡的光軸與測試表面近似正交。此條件允許在表面上投射周期均勻的光柵，然后對周期均勻的子光柵重新成像，以產(chǎn)生部件的準確輪廓圖。由于光柵周期更精細，所以視場深度以及對部件的光柵的觀察深度如光學(xué)視場深度的普通表達式那樣減小。如果要觀察較大且形狀變化的部件，則一次只能聚焦輪廓的較淺區(qū)域。
獲得清晰莫阿輪廓圖案的另一個限制因素涉及通常所使用的標準光柵的性質(zhì)。一些系統(tǒng)使用形成方波圖案的光柵劃線以在部件表面上產(chǎn)生明暗的方波線。然而，方波具有與周期有關(guān)的一次頻率，也具有與較精細圖案(限定方波邊沿銳度)有關(guān)的頻率的較高次諧波。當把兩個方波的周期圖案疊加在一起時，獲得的拍頻圖案一般不表現(xiàn)為光滑圖案，而是不同頻率的多個圖案具有難于分離和分析的鋸齒狀交叉。也可使用具有正弦波圖案的光柵；然而，正弦波光柵圖案一般難于始終如一地制造，因而不能廣泛地用作簡單的周期性光柵圖案。
于是，想要提供一種莫阿干涉測量系統(tǒng)和方法，它可提供具有延伸的圖像觀察深度的全視場表面檢測。
尤其是，想要提供一種莫阿干涉測量術(shù)板材檢查系統(tǒng)和方法，它有效地產(chǎn)生正弦波圖案并延伸觀察圖像的深度，以形成清晰的莫阿圖案。
也想要提供一種莫阿干涉測量系統(tǒng)和方法，它在子光柵后產(chǎn)生良好的干涉圖案并允許用于大角度觀察系統(tǒng)。
還想要提供了這樣一種莫阿干涉測量系統(tǒng)和方法，它允許使用定制的子光柵，此光柵可產(chǎn)生良好的干涉圖案。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明所述，提供了一種莫阿干涉測量系統(tǒng)和方法。包括具有光源、母光柵和成像透鏡的投影系統(tǒng)。母光柵具有用于把母光柵劃線投射到表面上的光柵劃線陣列。也包括用于通過子光柵觀察表面上的母光柵劃線的觀察系統(tǒng)。觀察系統(tǒng)包括成像透鏡、子光柵上的周期性光柵劃線陣列以及用于觀察子光柵處產(chǎn)生的拍頻圖案的攝像機。表面上的投影線與子光柵上的線相交而產(chǎn)生莫阿條紋?？蓪τ^察到的莫阿條紋進行處理和分析，以確定表面輪廓信息，并可把該條紋與基準表面相比較，以確定在測試表面中是否存在通常相應(yīng)于尺寸偏差的缺陷。依據(jù)本發(fā)明，母光柵產(chǎn)生方波光柵圖案。由投影系統(tǒng)的成像透鏡來濾除較高的衍射級，從而產(chǎn)生投射到表面上的類似于正弦波的圖案線陣列。此濾波消除了來自較高衍射級的干涉并產(chǎn)生延伸觀察圖像的深度，攝像機可由此聚焦來觀察表面上的光柵劃線。
本發(fā)明的子光柵最好是相對于基準表面而形成的定制光柵。尤其是，最好在觀察基準表面時用照相方法記錄子光柵。這補償了諸如當投影系統(tǒng)的成像透鏡傾斜時可能存在的任何失真。此外，子光柵產(chǎn)生良好的干涉圖案，允許用于大角度的觀察系統(tǒng)并增加正弦波圖案的觀察深度，以形成清晰的莫阿圖案。
附圖概述在閱讀了以下詳細描述并參考附圖后，將使本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點對熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的那些技術(shù)人員變得明顯起來，在這些附圖中

圖1是依據(jù)本發(fā)明獲得延伸的圖像觀察深度的莫阿干涉測量系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出圖1所示莫阿干涉測量系統(tǒng)的投影系統(tǒng)的示意圖；圖3示出對由方波光柵產(chǎn)生并用成像透鏡濾光的較高衍射級的濾光；圖4是示出莫阿干涉測量系統(tǒng)的觀察系統(tǒng)的示意圖；圖5是示出觀察系統(tǒng)一部分的放大圖的示意圖；圖6是示出依據(jù)本發(fā)明用于產(chǎn)生和使用子相位光柵的方法的流程圖；以及圖7是示出依據(jù)本發(fā)明用具有延伸的深度的莫阿光柵測量系統(tǒng)檢測表面輪廓的方法的流程圖。
本發(fā)明較佳實施方式現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，示出依據(jù)本發(fā)明的莫阿干涉測量系統(tǒng)10。莫阿干涉測量系統(tǒng)10一般包括投影系統(tǒng)12和觀察系統(tǒng)14，它們都聚焦在待檢測的部件16的表面上。投影系統(tǒng)12配置成把光柵劃線投射到部件16的表面上，而觀察系統(tǒng)從不同的角度觀察光柵劃線。由于莫阿干涉測量術(shù)是一種全視場檢測技術(shù)，所以可以通過莫阿干涉測量系統(tǒng)10一次繪出物體整個區(qū)域的輪廓。例如，可使用全視場輪廓技術(shù)來檢查汽車板材，全視場輪廓技術(shù)本質(zhì)上比公知的逐點或逐線輪廓技術(shù)快得多，而且還可允許進行高速表面輪廓測量。
投影系統(tǒng)12一般包括位于會聚透鏡20前的光源18。光源18可包括例如產(chǎn)生白光的鹵素光源或弧光燈光源。投影系統(tǒng)12還包括位于會聚透鏡20和成像透鏡24之間的周期性母光柵22，它具有周期性的方波光柵劃線。會聚透鏡20集中并聚焦通過母光柵22和成像透鏡24的光。繼而，成像透鏡24對通過母光柵22并沿投射角到達部件16表面上的光進行濾光和聚焦。相應(yīng)地，使明暗線的陣列在部件16的表面上成像或投射到其上。
在圖2中更詳細地示出依據(jù)本發(fā)明的投影系統(tǒng)12。會聚透鏡20集中接收到的光線并對通過周期性母光柵22的高度定向(最好基本上不相交)的光線進行聚焦。母光柵22具有間隔很近的周期性方波光柵劃線的陣列，當該陣列被照亮?xí)r產(chǎn)生明暗的方波線。方波光柵圖案包括密集排列的平行方波光柵劃線的陣列，該陣列具有可見光近場衍射范圍數(shù)量級的較佳周期。用白光時，此周期最好是大約50微米或更小，但它也可變化以適合各種波長的光線。依據(jù)一個例子，母光柵22可包括石英型光柵上的鉻。
如上所述，方波圖案一般具有與周期有關(guān)的一次頻率。此外，方波圖案具有一般與較精細圖案(限定方波邊沿的銳度)有關(guān)的頻率的較高次諧波。相應(yīng)地，母光柵22的方波圖案產(chǎn)生包括一般與正弦波圖案有關(guān)的一次頻率的衍射光線和一般與方波圖案的方波邊沿有關(guān)的較高級衍射光線。最靠近光線原先方向的第一衍射級一般包含有關(guān)母光柵22基頻或一次頻率的信息。依據(jù)本發(fā)明，如此構(gòu)成成像透鏡24，從而使與一次頻率有關(guān)的基本光柵頻率通過，而除去較高級衍射光線。
為了實現(xiàn)對較高級衍射光線的濾光，成像透鏡24最好具有限制信息至正弦波圖案的調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)。該透鏡繼而濾除高頻分量。相應(yīng)地，只有與正弦波圖案有關(guān)的那些光線才能從中通過，并投射到部件16的表面上或在其上成像。結(jié)果，在光投影中對較高級的衍射光線進行濾光，從而減少或不出現(xiàn)可能存在的難于分離和分析的多個圖案鋸齒狀交叉或不同頻率。
為了集中足夠的光，可能不能完全分離母光柵22的衍射級，而只讓所需的正弦波信息通過。還可使用具有脈沖響應(yīng)(最好剛好超過有關(guān)的一次頻率)的成像透鏡24來增強正弦波圖案的分離。即，如此設(shè)計成像透鏡的性能，從而該透鏡將產(chǎn)生一次頻率的良好圖像，而在較高頻率處迅速消失，從而形成圓角，而不再現(xiàn)母光柵22的方波圖案。這樣在部件16的表面上提供了改進的基本正弦波圖案投影。相應(yīng)地，成像透鏡24用作所形成圖像中的頻率濾波器。通過定制成像透鏡24的性能或縮小透鏡24的光圈可實現(xiàn)此濾波效果。然而，實現(xiàn)透鏡24的光圈造成較少的光通過透鏡。
參考圖3，其中示出包括各種衍射級的衍射光線并對較高衍射級進行濾光的一個例子。與正弦波圖案有關(guān)的一次頻率一般包含在標號40所表示的+1、0和-1衍射級內(nèi)。一次頻率光線40能通過成像透鏡24，而由成像透鏡24對標號38所表示的諸如+2、-2、+3和-3級等較高級的衍射光線進行濾光。
從而，一次頻率的投影還提供了延伸的圖像深度42其圖像強度如圖2中正弦波40所示。正弦波圖案實際上作為白光、公共路徑干涉圖案形成。投射的干涉圖案的深度受到源和光學(xué)透鏡的相干程度(即如何定向)及其形成的距離。其效果是產(chǎn)生具有延伸的視場深度圖像。利用超出母光柵22的陰影效應(yīng)，光線的定向性也有助于增強深度，但干涉效應(yīng)實際上產(chǎn)生了起始平的光柵圖案的體積圖像。
觀察系統(tǒng)14一般包括相互光學(xué)耦合的成像透鏡26和向場鏡32，用于觀察部件16的成像表面。子光柵30位于成像透鏡26和向場鏡32之間，用于產(chǎn)生干涉圖像。觀察系統(tǒng)14還包括攝像機34，用于觀察部件16的表面上光柵劃線透過向場鏡32、子光柵28和成像透鏡26的圖像。攝像機34可包括圖像獲取、圖像處理和圖像顯示硬件以及用戶進行觀察用的顯示器。觀察系統(tǒng)14處理觀察到的圖像，確定表面輪廓測量值，并可把表面測量值與基準表面相比較，以確定在給定的表面中是否存在缺陷。
在圖4和5中更詳細地示出觀察系統(tǒng)14。圖4示出在成像在部件上產(chǎn)生干涉圖案光柵的效果，而圖5是一相位圖像的放大圖，該圖示出存在有用的較大視場深度42。參考圖5，它示出利用子相位光柵28在延伸的圖像深度30上產(chǎn)生透鏡干涉圖像。此干涉圖像的效果是通過子相位光柵28后的空間體積而存在的子光柵28，這樣就提供了延伸的有用的圖像深度30。此體積干涉圖像把來自部件視場的任意圖像疊加在所示延伸的視場深度42上。參考圖4，來自母光柵22并已投射到部件表面16上的光與子相位光柵28相互作用，以利用通過子相位光柵28后延伸的圖像范圍的白光干涉來形成莫阿拍頻案。如圖5所示，由此機構(gòu)，子光柵28與部件光柵圖像相互作用遍及體積子光柵深度，從而把子光柵圖案調(diào)制成拍頻圖案，該圖案是子體積光柵和部件光柵的產(chǎn)物。獲得的圖案是兩個圖案之差的莫阿，也提供了有關(guān)部件16的輪廓信息。
子光柵28是一種相位光柵，最好參考基準或“黃金部件”來形成此光柵。即，在觀察基準或黃金部件后，形成一相位光柵圖案并把它用作子光柵28。由于投射到部件16上的圖像是正弦波圖案，所以子光柵28將包含相應(yīng)于正弦波圖案(投射到部件16的表面)的光柵圖案。光柵28的光柵圖案可依據(jù)基準表面的表面的表面輪廓、投射角和觀察角以及成像透鏡24的傾斜角而變化，偏離正弦波圖案。
本發(fā)明的光學(xué)莫阿干涉測量系統(tǒng)10用作濾光和調(diào)制系統(tǒng)。通過使成像透鏡24向所觀察的區(qū)域傾斜，可以超出透鏡視場角的角度來觀察該部件。然而，成像透鏡24的傾斜可能使均勻光柵的圖像失真。通過此偏離基準表面的傾斜系統(tǒng)來記錄子光柵28，可從獲得的測試部件的輪廓除去任何失真的影響。如果基準是一平面，則輪廓可把測試部件與一平面相比?；蛘撸鶞时砻婵梢允屈S金部件，或者甚至是諸如圓柱體或球體等幾何形狀。為了起作用，子光柵28最好通過一介質(zhì)來進行記錄，如此設(shè)計或處理該介質(zhì)，從而它可在較寬范圍的強度和光柵頻率內(nèi)提供高度線性的響應(yīng)。可使用諸如柯達公司制造和銷售的HRP顯影化學(xué)藥品等稀釋度為1∶16的高對比度顯影劑的照相處理來產(chǎn)生此效果。也可使用光聚合物、光塑料和相位記錄晶體中的某些形式以及其它介質(zhì)來產(chǎn)生此效果。
圖4所示的子光柵28是一種在延伸的圖像深度上產(chǎn)生體積干涉圖案30的子相位光柵。子光柵28最好具有非常精細的周期(例如，50微米或更細)，從而射到平的子光柵28的白光將在子光柵28后的體積內(nèi)產(chǎn)生白光衍射圖案。為了改善結(jié)果，也可使用15到20微米的光柵圖案?？砂淹ǔＳ米髡障嘤涗浀暮诎渍穹鈻庞糜谧庸鈻?8。然而，把相位光柵用于子光柵28可比黑白振幅光柵提供增大的光和衍射效率。
利用觀察攝像機34，可從子光柵28后干涉圖案30延伸體積內(nèi)的任何地方取得光柵劃線的圖像，就象在部件16上看到的一樣。干涉圖案30允許實現(xiàn)兩維光柵在部件16上的延伸的觀察深度。此干涉效應(yīng)產(chǎn)生類似于正弦波的圖案，因為較高的衍射級實際上聚焦在離開光柵的不同距離處。相應(yīng)地，可如此選擇一個圖案，從而其它的圖案本質(zhì)上離焦。利用觀察攝像機34和有關(guān)的處理硬件，可檢查和處理莫阿條紋。此外，可如此比較基準部件和測試部件之間檢查到的圖案，從而檢測測試部件的表面上是否存在缺陷。
現(xiàn)在參考圖6，其中示出形成定制的子光柵28并相對于基準表面檢測一部件形狀的方法50。方法50在步驟52處開始，從而投影系統(tǒng)132在基準表面上形成一光柵圖案。同時，如步驟54所示，觀察系統(tǒng)14在基準表面上形成該圖案的圖像，從而成像光柵周期最好小于50微米。按照步驟56，把照相板或其它記錄介質(zhì)置于基準圖像位置處，記錄介質(zhì)記錄步驟58中所提供的圖像。依據(jù)一個實施例，按照步驟60處理記錄圖像以形成一相位圖案?；蛘?，如果使用黑白振幅光柵，則對高分辨率板進行顯影并按照漂白照相記錄法進行漂白。
因此，依據(jù)步驟62，把相位光柵或振幅記錄置于觀察系統(tǒng)14中并位于基準表面的最佳圖像前。在步驟64，使通過子相位光柵28的光衍射成干涉圖案30，從而形成與基準表面匹配的體積圖像。干涉圖案30提供延伸的圖像觀察深度。相應(yīng)地，如此形成子光柵28，以在測試測試部件的表面輪廓前與基準表面的特定輪廓匹配。
如步驟66所示，一旦形成子光柵28，則用一測試部件來替換基準表面。然后，相應(yīng)于基準表面的表面輪廓來檢查測試部件。這樣做了以后，如步驟68所示，形成一莫阿圖案，該圖案把基準表面與測試表面相比較。在步驟70，通過數(shù)字化或其它記錄裝置觀察莫阿圖案。然后，如步驟72所示，收集到的數(shù)據(jù)提供的信息可應(yīng)用于識別基準表面和部件形狀之間的表面輪廓差異。
轉(zhuǎn)到圖7，其中示出用本發(fā)明的莫阿干涉測量系統(tǒng)10進行莫阿干涉測量測試的方法74。方法74在步驟76處開始，其中如步驟78所示，定向或點光源18通過會聚透鏡20照亮母光柵22的方波光柵劃線。如步驟80所示，因母光柵22的方波光柵劃線，所以由母光柵22使光線衍射。在步驟82，由成像透鏡24集中來自基本正弦波頻率的衍射光線，而成像透鏡24阻擋較高級的衍射光線。這樣在部件16的表面處提供了延伸深度的類似于正弦波的圖像投影，而濾除一般與方波圖案的邊沿有關(guān)的較高的衍射級，從而防止照亮部件16的成像表面。
如步驟88所示，響應(yīng)于部件16表面上明暗光柵劃線的投影，部件16反射光柵圖案的光。如步驟90所示，觀察系統(tǒng)14的成像透鏡26把部件16反射的光線引向子光柵28。從而如步驟92所示，子相位光柵28在子光柵28后形成干涉圖案。在步驟94，干涉圖案按照基準表面的形狀，由該形狀預(yù)先形成子光柵28。如步驟96所示，在子光柵28后的延伸范圍上形成部件圖像。從而，依據(jù)步驟98由部件圖像來調(diào)制干涉圖案，并且如步驟100所示，經(jīng)調(diào)制的圖案構(gòu)成莫阿圖案。在步驟102，向場鏡32把像光集中到攝像機34或其它觀察裝置。最后，按照步驟104，通過各種數(shù)字化和判讀裝置來分析圖像。
應(yīng)理解，通過把測試部件和基準表面進行對比，利用經(jīng)分析的數(shù)據(jù)可以檢查測試部件中是否存在缺陷。這一般是如此實現(xiàn)的，即分析所記錄的莫阿條紋并測量測試部件基準表面的偏差以提供三維表面比較。這樣實現(xiàn)了以全視場延伸的圖像觀察深度進行部件檢查的系統(tǒng)10和方法。
雖然這里結(jié)合本發(fā)明的特例揭示了本發(fā)明，但除了以下權(quán)利要求書所限定的內(nèi)容以外，對本發(fā)明沒有限制。這是因為熟練的技術(shù)人員在研究了說明書和附圖后知道可進行其它修改而不背離本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種莫阿干涉測量系統(tǒng)，用于測量有輪廓表面的形狀，其特征在于所述系統(tǒng)包括用于把光柵劃線投射到有輪廓表面上的投影系統(tǒng)，包括光源和第一周期性光柵，所述第一周期性光柵具有用于產(chǎn)生方波線的第一方波光柵劃線陣列，所述投影系統(tǒng)還包括用于對所述方波線的較高衍射級進行濾光從而在所述表面上產(chǎn)生類似于正弦波的光柵劃線陣列的裝置；以及觀察系統(tǒng)，包括具有第二光柵劃線陣列的第二周期性光柵，所述觀察系統(tǒng)還具有用于觀察通過所述第二光柵劃線陣列投射到所述表面上的光柵劃線的裝置，在所述表面上投射的線與子光柵上的線相交產(chǎn)生莫阿條紋。
2.如權(quán)利要求1所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于所述觀察裝置包括在延伸的圖像觀察深度內(nèi)聚焦的攝像機。
3.如權(quán)利要求1所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于所述投影系統(tǒng)還包括置于所述第一衍射光柵和所述表面之間的成像透鏡，用以形成所述濾波裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于所述成像透鏡相對于有輪廓的表面傾斜，從而允許以超過所述成像透鏡的視場角的角度來進行觀察。
5.如權(quán)利要求1所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于所述第二衍射光柵是相應(yīng)于基準表面定制的。
6.如權(quán)利要求1所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于還包括與所述光源光耦合的會聚透鏡，用以提供定向光線。
7.如權(quán)利要求1所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于所述光源產(chǎn)生白色光線。
8.一種莫阿干涉測量系統(tǒng)，用于測量有輪廓表面的形狀，其特征在于所述系統(tǒng)包括用于把光柵劃線投射到有輪廓表面上的投影系統(tǒng)，包括光源和第一周期性光柵和成像透鏡，所述成像透鏡相對于有輪廓的表面傾斜；以及觀察系統(tǒng)，包括具有一光柵劃線陣列的第二衍射光柵以及用于觀察通過所述第二衍射光柵投射到所述表面上的光柵劃線的裝置，其中所述第二衍射光柵相對于基準表面而形成，并補償傾斜的成像透鏡所引起的變化，在所述表面上投射的線與子光柵上的線相交產(chǎn)生莫阿條紋。
9.如權(quán)利要求8所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于所述第一周期性光柵包括方波光柵劃線的陣列。
10.如權(quán)利要求8所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于所述成像透鏡濾除通過第一周期性光柵的較高衍射級的光，從而產(chǎn)生投射到所述表面的正弦波線陣列。
11.如權(quán)利要求8所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于所述觀察裝置包括在延伸的圖像觀察深度內(nèi)聚焦的攝像機。
12.如權(quán)利要求8所述的莫阿干涉測量系統(tǒng)，其特征在于還包括與所述光源光耦合的會聚透鏡，用以提供定向光線。
13.一種使用莫阿干涉測量術(shù)來測量有輪廓表面的形狀的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟通過具有方波光柵劃線陣列的第一衍射光柵投射定向光線，從而產(chǎn)生方波線；從所述方波線中濾除較高級的衍射級，從而通過一類似于正弦波的圖案；把所述類似于正弦波的圖案聚焦在有輪廓表面上；以及通過第二衍射光柵觀察所述有輪廓表面上所述類似于正弦波的圖案，從而所述表面上的投射線與所述第二衍射光柵劃線相交產(chǎn)生莫阿條紋。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于還包括把攝像機聚焦在延伸的圖像觀察深度內(nèi)的步驟，該深度是由通過所述第二衍射光柵看到的干涉圖案產(chǎn)生的。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于還包括使成像透鏡相對于所述有輪廓的表面傾斜的步驟，從而允許以超過所述成像透鏡視場角的角度來進行觀察。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于還包括在觀察所述基準表面上的光柵投影時定制的記錄第二衍射光柵的步驟。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于還包括集中光源發(fā)出的光線以產(chǎn)生定向光線的步驟。
18.一種使用莫阿干涉測量術(shù)來測量有輪廓表面的形狀的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟通過具有方波光柵劃線陣列的第一衍射光柵投射定向光線，從而產(chǎn)生光的光柵劃線；通過成像透鏡把所述光的光柵劃線聚焦在有輪廓的表面上，所述成像透鏡相對于所述有輪廓的表面傾斜；通過第二衍射光柵觀察所述光柵劃線在所述有輪廓表面上的投影，從而所述表面上投射線與所述第二衍射光柵劃線相交產(chǎn)生莫阿條紋，其中所述第二衍射光柵是相對于基準表面定制的。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于通過所述第一衍射光柵投射定向光的所述步驟產(chǎn)生方波光柵劃線陣列。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于還包括濾除所述方波光柵劃線中的較高衍射級的步驟，從而產(chǎn)生類似于正弦波線的陣列。
全文摘要
一種實現(xiàn)以延伸的圖像觀察深度獲得全視場表面輪廓的莫阿干涉測量系統(tǒng)和方法。莫阿干涉測量系統(tǒng)包括一投影系統(tǒng),它由光源、成像透鏡和方波光柵圖案構(gòu)成。如此構(gòu)成成像透鏡來濾除通過方波光柵圖案的較高級光線,從而在所需的表面上投射一類似于正弦波的圖案。莫阿干涉測量系統(tǒng)還包括一觀察系統(tǒng),它由成像透鏡、子光柵和攝像機構(gòu)成。子光柵最好是可通過相應(yīng)于基準表面記錄光柵圖案而生產(chǎn)的定制光柵。攝像機能觀察延伸的圖像深度內(nèi)任何位置的圖像并分析莫阿條紋。確定測試部件和基準表面之間的偏差提供了一種部件檢測系統(tǒng)。
文檔編號G01N21/88GK1196791SQ96195784
公開日1998年10月21日 申請日期1996年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月18日
發(fā)明者K·G·哈丁 申請人:工業(yè)技術(shù)研究所