[发明专利]一种应用于移相式激光干涉仪的振动检测预处理方法

说明书

本发明公开一种应用于移相式激光干涉仪的振动检测预处理方法，该方法包括：获取一组干涉图像的数据信息，并对干涉图像的数据信息进行振动检测分析并筛选处理出高质量干涉图组；通过解相算法处理高质量干涉图组的像素数据，并结合解包裹、Zernike面形拟合，进一步得到高质量干涉图组的的面形信息，完成检测工作。本发明对通过移相式激光干涉仪所获取的干涉图组进行检测算法分析，来自动判断干涉仪获取的干涉条纹图是否受到较大的振动干扰，进而筛选出相对受振动干扰小的高质量干涉图组，再结合后续的常规操作可得到较优且稳定的测量结果，该振动检测预处理方法一定程度上增强了移相干涉系统的抗振能力。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种应用于移相式激光干涉仪的振动检测预处理方法。

背景技术

自二十世纪末以来，移相干涉技术(Phase Shifting Interferometry，PSI)因其高分辨率、高精度的优势，逐渐取代了传统的波面测量技术并被作为一种标准波面测量技术沿用至今。PSI是以光波波长作单位的纳米级超高精度测量手段，通过移相式激光干涉仪实现，被广泛应用在光学领域中，特别是在光学系统成像质量评价和光学器件面形检测方面。

PSI虽有高的测量精度，但在现实环境应用中常常被各种外在因素影响：如：干涉仪光学元件质量、激光光源的稳定性、移相器的非线性移相、传感器噪声、环境振动等。在系统实际检测过程中，振动是干涉仪最大的误差来源。由于环境振动多且复杂，为了应对振动影响，在干涉仪的工作环境中常配备相应的隔振设施(如光学平台和隔振垫)，即便如此也很难完全消除振动的干扰。

随着时代发展和科学进步，光学领域处于飞速发展的上升期，因而对光学系统加工和测量的要求也快速提高，这导致移相式激光干涉仪因其易被振动影响的特点也越来越难达到部分应用场景的技术标准，很大程度上限制了其发展。体现在：1)光学器件加工效率受振动影响而大大降低；2)针对尺寸过大或与太空环境等特殊环境相关的光学元件，测量难度加大；3)制造加工设备与测量设备的一体化集成较难完成。

移相式激光干涉仪在外在振动较大的现实环境下是否能达到较好的抗振效果，是当前光学技术发展和面形检测中的一个重点难题。研究移相干涉抗振技术符合未来测量技术发展的大方向，对光学等领域中各类待测元件的加工和测量具有重要的现实意义。当前主流的移相干涉抗振技术根据其原理可分为两大类：主动抗振和被动抗振。

主动移相干涉抗振技术的原理是通过将振动传感器加入干涉系统中以实现对振动信号的实时探测、分析和反馈。当振动导致波前相位改变时，传感器对其改变量进行探测，探测到的信号实时传入高速芯片分析，然后发出反馈命令，通过硬件补偿或者算法补偿来实现振动的主动补偿。然而，该类技术均需要将移相干涉系统外接各式的振动传感器，以起到振动信号捕捉和补偿的作用。其关键在于振动传感器，传感器检测精度的高低影响该技术的抗振性能；虽然传感器可以完成对振动引起误差量的实时检测，并通过硬件或算法的方式补偿振动带来的误差，但补偿机制也需要预先进行严谨的设计和标定，不然可能出现“过度补偿”的情况，反而让系统的抗振性能大大降低。