申请/专利权人：南京理工大学;南京英特飞光电技术有限公司

申请日：2023-12-27

公开（公告）日：2024-03-12

公开（公告）号：CN117685903A

主分类号：G01B11/24

分类号：G01B11/24;G01B9/02055

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.03.29#实质审查的生效;2024.03.12#公开

摘要：本发明公开了一种消除系统误差的掠入射星形拼接检测方法。本发明使用掠入射干涉检测设备得到被测元件表面子孔径压缩相位数据，分别对子孔径相位数据进行解压缩，得到子孔径解压相位数据。基于互为垂直方向的两个子孔径解压相位数据重叠区域的相位值，计算得到“方向x”与“方向y”的系统像散光圈PowerX和PowerY。再对子孔径解压相位数据进行扣除系统像散光圈与位姿校正操作，最终利用拼接融合算法得到被测件全口径面形。本发明实现了掠入射干涉测量拼接过程中系统像散光圈的消除，降低了掠入射干涉测量系统装调精度的要求，极大地提高了掠入射干涉测量拼接结果精度。

主权项：1.一种消除系统误差的掠入射星形拼接方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：利用掠入射干涉仪测量被测件，得到其第一子孔径压缩相位数据，再将被测件旋转90°进行测量，得到第二子孔径压缩相位数据；步骤二：对第一子孔径相位数据和第二子孔径相位数据均进行相位解压缩和尺寸解压缩，对应得到第一子孔径解压相位数据和第二子孔径解压相位数据；解压缩计算公式为： 其中，j表示子孔径序号，j＝1，2，j＝1时表示第一子孔径，j＝2时表示第二子孔径，W′j为第j子孔径压缩相位数据；Wj为第j子孔径解压相位数据；k为掠入射压缩系数；θ为掠入射角度大小；x0，y0为压缩相位数据的坐标；x，y为解压相位数据的坐标；步骤三：根据第一子孔径解压相位数据和第二子孔径解压相位数据，得到两个子孔径的重叠区域相位数据，利用上述重叠区域相位数据计算检测系统在x方向的像散光圈PowerX，以及检测系统在y方向的像散光圈PowerY：将第j子孔径解压相位数据用多项式表示为：Wjx，y＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4y2将被测件上第一子孔径与第二子孔径重叠区域内接圆上的两条直径表示为Lx、Ly，令Lx平行于“x方向”，Ly平行于“y方向”；分别将第一子孔径解压相位数据与第二子孔径解压相位数据中与Lx、Ly相同区域的相位数据用矩阵形式表示： 其中，T表示矩阵转置；L1xx，y、L2xx，y分别为第一子孔径、第二子孔径内与直径Lx相同位置的相位数据；L1yx，y、L2yx，y分别为第一子孔径、第二子孔径内与直径Ly相同位置的相位数据；利用最小二乘法，分别计算出L1xx，y、L2xx，y和L1yx，y、L2yx，y对应的相位拟合系数和其中，i表示多项式系数序号，i∈[0，1，2，3，4]；j表示子孔径序号，j＝1，2；在全局坐标系下，对于第一子孔径而言，解压缩的方向为“y方向”，因此拟合系数同时包含了被测件Lx直径的翘曲度PowerLx及检测系统像散光圈PowerX；拟合系数包含了被测件Ly直径的翘曲度PowerLy及部分检测系统像散光圈PowerY；用矩阵表示为： 其中，l为内接圆直径经掠入射压缩后的长度；D为掠入射干涉仪口径；在全局坐标系下，对于第二子孔径而言，由于测量时被测件旋转了90°，解压缩方向为“x方向”，因此拟合系数包含了被测件Lx直径的翘曲度PowerLx及部分检测系统像散光圈PowerY；拟合系数包含了被测件Ly直径的翘曲度PowerLy及检测系统像散光圈PowerX；用矩阵表示为： 结合最小二乘法，利用目标收敛计算式对两个子孔径重叠区域相位数据与系统像散光圈进行交替迭代优化，得到PowerX和PowerY；步骤四：基于PowerX、PowerY，分别对第j子孔径解压相位数据进行校准，对应得到消除检测系统影响的第j子孔径面形数据 步骤五：利用星形拼接法，将两个子孔径面形数据进行拼接，得到一个新的子孔径面形数据：以第j个子孔径所在检测坐标系为基准坐标系，第j+1个子孔径面形数据在该坐标系下的相对轴向平移、倾斜表示为： 建立最小二乘目标函数S，代入两个子孔径重叠区域相位数据，求解位姿调整系数Δa0、Δa1、Δa2：S＝∑{ΔWrealx，y}2＝∑{Δa0+Δa1·x+Δa2·y}2→min其中，ΔWrealx，y表示第j个子孔径与第j+1个子孔径的面形数据之差；利用S分别对Δa0、Δa1、Δa2求偏导，写成矩阵方程形式： 求解矩阵方程，得Δa0、Δa1、Δa2唯一解，使用求得的位姿调整系数对第j子孔径面形数据进行修正；并利用加权平均法计算重叠区域相位数据计算公式如下： 式中，Lj为第j个子孔径重叠区域数据点距离该子孔径圆心的距离，Lj+1为第j+1个子孔径重叠区域数据点距离该子孔径圆心的距离，Rθ为子孔径圆心经过重叠区域数据点到子孔径边缘的距离；步骤六：继续多次旋转被测件，直至掠入射干涉仪测量的子孔径区域覆盖整个被测件表面，对得到的子孔径压缩相位数据进行解压缩与扣除系统像散光圈操作，重复步骤五，对上述所有子孔径面形数据进行拼接计算，即实现全口径的掠入射星形拼接检测。

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