CN113175894A - 一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置及方法，本发明装置在Linnik型干涉仪的基础上，添加了第四透镜组(6)、第一面阵相机(13)以及六维位移台(17)组成差分探测***。借助校准样品对第一面阵相机(13)及第四透镜组(6)进行精密六维调节，实现第一面阵相机(13)与第二面阵相机(14)亚像素级别的对准，并对采集得到干涉信号进行差分运算处理，消除信号中的直流分量对测量结果的影响，提升白光干涉信号的信噪比。本发明利用基于白光干涉信号的面阵差分探测实现了物体表面三维形貌的高精度测量。

Description

一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置及方法，特别是一种基于面阵差分探测的物体表面三维形貌白光干涉测量装置及方法。
背景技术
随着现代国防工业、航天、汽车制造、核能、通讯、微电子以及生物医学等领域的飞速发展，机械零件、电子器件、光学元件等不断微型化、精密化，精密元器件的需求量不断提高，精密加工技术日益进步，同时对表面形貌检测技术提出了更高的要求。利用高精度三维形貌测量方法对精密元器件表面进行测量与评定，有助于及时发现和分析加工过程中存在的问题，完善加工工艺，改进元器件表面加工质量，增强零件的性能，提高生产效率。
光学干涉测量具有高精度、非接触的特点，在表面形貌测量中这广泛的应用；尤其是近年来，光学测量理论与应用日益成熟，传感器与计算机的性能不断提高，促使表面形貌光学测量技术迅速发展，各种新型测量装置与方法层出不穷。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的姚东提出，利用Michelson型干涉仪实现能实时记录和观测目标物干涉图像的三维形貌测量***(CN 107796330 B)。南京理工大学的高志山等人提出，利用Linnik型干涉仪，实现具有快速数据处理与实时定焦功能的三维形貌测量***(CN109975820 A)。镇江超纳仪器有限公司的夏勇等人，提出在白光干涉仪中采用开环控制的垂直扫描，以实现高精度表面轮廓测量(CN 105783771 A)。合肥工业大学的卢荣胜等人提出了一种二维和三维一体化成像测量***，在Linnik型干涉仪中加入像散自动对焦技术，提高了测量***的自动化程度(CN 102589463 B)。
在白光干涉表面形貌测量***中，测量结果会受到振动、温度波动、扫描非线性、光源噪声、色散等因素的影响。其中低频振动、温度波动、光源输出功率漂移等因素引入的噪声，大多体现在干涉信号的直流分量中。使用差分探测的方式可以有效地消除干涉信号中的直流分量，提升信号的信噪比，如：中国科学院武汉物理与数学研究所的田原等人通过差分探测技术抑制了信号中的噪声，提升了测量精度(CN 1056999199 B)。目前主流的白光干涉形貌仪中，尚未见采用面阵差分探测的方法对白光干涉信号进行处理的先例。
对于面阵相机探测器而言，实现双相机的精确对准是实施差分探测的前提。近年来，不同研究领域的研究人员逐渐认识到了双相机对准的重要性，对此提出了多个解决方案。韩国以事美德有限公司的宋镐曔等人使用待测图表完成了双相机模块精确对准的方法(CN 109495735 A)。黑芝麻智能科技有限公司的童国治等人提出了使用多种图卡成像比较完成双相机对准的方法(CN 110660106 A)。
此外，亚像素技术可以突破相机像素尺寸对于成像分辨率的限制，提升边缘识别精度，如：京东方科技集团股份有限公司的孙志义等人提出了一种亚像素单元线宽的测量方法及装置，实现了亚像素单位边缘位置测量精度的提升(CN 105509643 B)。将亚像素边缘识别应用于双相机对准，可进一步提升对准精度，便于实现更高精度的面阵差分探测，从而提升面阵差分白光干涉表面形貌测量的精度与可靠性。
本专利提出构建基于面阵差分探测的Linnik型白光干涉仪进行三维形貌测量，可提升白光干涉信号的信噪比，实现物体三维形貌的高精度测量。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置及方法，基于面阵差分探测的Linnik型白光干涉仪进行三维形貌测量，可提升白光干涉信号的信噪比，实现物体三维形貌的高精度测量。
为解决上述技术问题，本发明的一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置，包括宽谱光源1、可变光阑2、第一透镜组3、第二透镜组4、第三透镜组5、第四透镜组6、第五透镜组7、第一分束镜8、第二分束镜9、参考反射镜10、压电陶瓷驱动器12、第一面阵相机13、第二面阵相机14、挡光片15、五维位移台16、六维位移台17以及样品台18；
宽谱光源1发出的宽谱光依次经过可变光阑2与第一透镜组3，第一透镜组3输出平行的宽谱光经过第一分束镜8后出射的宽谱光经过第二分束镜9分成参考光束与测量光束，分别进入参考臂与测量臂中，所述的参考光束在参考臂中经过第二透镜组4聚焦到由压电陶瓷驱动器12驱动的参考反射镜10上，其中第二透镜组4、参考反射镜10以及压电陶瓷驱动器12固定在五维位移台16上；所述的测量光束在测量臂中经过第三透镜组5聚焦到放置在样品台18的待测样品11上；所述的参考光束与测量光束分别在参考反射镜10与待测样品11进行反射，并按照原路在第二分束镜9上发生干涉，并经过第二分束镜9分束，一束干涉信号经过第一分束镜8、第五透镜组7在第二面阵相机14上成像，另一束干涉信号经过第四透镜组6在第一面阵相机13上成像，其中第四透镜组6以及第一面阵相机13固定在六维位移台17上。
本发明还包括：
1.通过调节六维位移台17和样品台18使第一面阵相机13以及第二面阵相机14均对待测样品11表面的相同区域进行清晰成像，并采集白光干涉信号，且第一面阵相机13与第二面阵相机14中的每个相同坐标的像素点所对应的待测样品11表面上的点均重合。
2.调节参考臂与测量臂的光程使得第一面阵相机13以及第二面阵相机14得到白光干涉信号。
一种采用上述任意一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：利用挡光片15遮挡参考臂光路，将带有校正图样的校正样品放置在样品台18上，调节样品台18的位置和俯仰角，使校准图样完整清晰地成像在第二面阵相机14的中间位置，通过六维位移台17调节第一面阵相机13以及与其相对固定的第四透镜组6，使第一面阵相机13对校正图样所成的像与第二面阵相机14的成像位置基本重合；
步骤2：采用亚像素边缘检测方法对第一面阵相机13和第二面阵相机14对校正图样所成的像进行边缘检测，根据检测结果通过调节六维位移台17提升第一面阵相机13与第二面阵相机14中成像位置的重合精度以达到面阵差分测量需求；
步骤3：撤下校正样品，将待测样品放置在样品台18上，调节样品台使待测样品表面第一面阵相机13与第二面阵相机14中清晰成像；
步骤4：撤下挡光片15，通过五维位移台16调节参考反射镜10及第二透镜组4的位置，当第一面阵相机13以及第二面阵相机14呈现白光干涉条纹，固定五维位移台16的位置，然后向压电陶瓷驱动器12施加线性电压信号，实现参考反射镜线性扫描；
步骤5：在参考反射镜扫描过程中，控制第一面阵相机13以及第二面阵相机14同步获取两组白光干涉信号并进行归一化；
步骤6：对归一化后的两组白光干涉信号进行点对点的差分运算，消除直流项干扰；
步骤7：利用白光干涉中心条纹识别算法处理差分后的干涉信号，得到待测样品表面的三维形貌信息。
本发明还包括：
1.步骤5中归一化具体为：
第二面阵相机14中成像得到的白光干涉信号为：
Figure BDA0003030618370000031
其中，I14为第二面阵相机14的某一像素点的光强；I1为干涉信号直流分量的强度；I2为干涉信号交流分量的幅值强度；x为参考臂光程L1与测量臂光程L2的差值；Lc为白光光源的相干长度；λ为白光光源的中心波长；
第一分束镜8和第二分束镜9的反射率与透射率之比为a:b，则第一面阵相机13得到的白光干涉信号为：
Figure BDA0003030618370000041
以第二面阵相机14为标准，则第二面阵相机14和第一面阵相机13归一化的干涉信号I'14和I'13满足：
Figure BDA0003030618370000042
Figure BDA0003030618370000043
2.步骤6中对归一化后的两组白光干涉信号进行点对点的差分运算具体为：
Figure BDA0003030618370000044
发明的有益效果：
1、通过差分运算的方法进行三维形貌测量，提升了白光干涉信号的信噪比，从而提升了白光干涉中心条纹的识别精度，实现物体三维形貌的高精度测量；
2、通过添加校正样品，借助亚像素边缘识别方法，实现第一面阵相机13与第二面阵相机14高精度的对准，有效地减少由于装置因素造成的白光干涉信号差分处理的误差，从而保证面阵差分测量结果的可靠性。
本装置在Linnik型干涉仪的基础上，添加了第四透镜组6、第一面阵相机13以及六维位移台17组成差分探测***。借助校准样品对第一面阵相机13及透镜组6进行精密六维调节，实现第一面阵相机13与第二面阵相机14亚像素级别的对准，并对采集得到干涉信号进行差分运算处理，消除信号中的直流分量对测量结果的影响，提升白光干涉信号的信噪比。本发明利用基于白光干涉信号的面阵差分探测实现了物体表面三维形貌的高精度测量。
本发明在Linnik型三维形貌测量仪的基础上，加入差分运算的方法，有效地提升了白光干涉信号的信噪比，从而提升了白光干涉中心条纹的识别精度，实现物体三维形貌的高精度测量。
附图说明
图1是基于面阵差分探测的物体表面三维形貌白光干涉测量装置的示意图；
图2是基于面阵差分探测的物体表面三维形貌白光干涉测量方法的流程图；
图3是用于校正样品的校正图样示例；
图4是第二面阵相机14、第一面阵相机13对应像素点归一化后的白光干涉信号以及差分后的白光干涉信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明提供一种测量物体表面三维形貌的装置与方法，用于实现物体表面三维形貌的高精度测量。
该装置包括该装置包括宽谱光源1、可变光阑2、第一透镜组3、第二透镜组4、第三透镜组5、第四透镜组6、第五透镜组7、第一分束镜8、第二分束镜9以及参考反射镜10、待测样品11、压电陶瓷驱动器12、第一面阵相机13、第二面阵相机14、挡光片15、五维位移台16、六维位移台17以及样品台18。其中宽谱光源1、可变光阑2、第一透镜组3以及第一分束镜8组成了光源模块，第二透镜组4、第三透镜组5、第二分束镜9、参考反射镜10、待测样品11、压电陶瓷驱动器12、五维位移台16以及样品台18组成了Linnik型干涉模块，第四透镜组6、第五透镜组7、第一面阵相机13、第二面阵相机14以及六维位移台17组成了信号采集模块。
光源模块中，宽谱光源1发出的宽谱光依次经过可变光阑2与第一透镜组3，第一透镜组3输出平行的宽谱光经过第一分束镜8后，其中的一束平行宽谱光进入Linnik干涉模块。
Linnik干涉模块中，第一分束镜8出射的宽谱光经过第二分束镜9分成参考光束与测量光束，分别进入参考臂与测量臂中，所述的参考光束在参考臂中经过第二透镜组4聚焦到由压电陶瓷驱动器12驱动的参考反射镜10上，其中第二透镜组4、参考反射镜10以及压电陶瓷驱动器12固定在五维位移台16上；所述的测量光束在测量臂中经过第三透镜组5聚焦到放置在样品台18的待测样品11上；所述的参考光束与测量光束分别在参考反射镜10与待测样品11进行反射，并按照原路在第二分束镜9上发生干涉，并经过第二分束镜9分束，一束经过第一分束镜8后进入信号采集模块，另一束直接进入信号采集模块。
信号采集模块中，经过第一分束镜8进入信号采集模块的干涉信号经过第五透镜组7在第一面阵相机13上成像，另一束直接进入信号采集模块的干涉信号经过第四透镜组6在第二面阵相机14上成像，其中第四透镜组6以及第二面阵相机14固定在六维位移台17上。第四透镜组6与第五透镜组7的型号相同，第一面阵相机13与第二面阵相机14的型号相同；第四透镜组6固定在第一面阵相机13上，第五透镜组7固定在第二面阵相机14上，且二者固定方式完全相同；第一面阵相机13以及第二面阵相机14均对待测样品11表面的相同区域进行清晰成像，并采集白光干涉信号；
由宽谱光源1发出的宽谱光由可变光阑2控制初始光强，经过第一透镜组3后，通过第一分束镜8照射到第二分束镜9上，并且宽谱光通过第二分束镜9后分成两路；其中两束光分别经过参考臂以及测量臂后返回到第二分束镜9并发生干涉；干涉信号分别在第一面阵相机13以及第二面阵相机14中成像，对归一化的信号差分运算处理后进行白光干涉中心条纹识别得到白光干涉条纹光程差为零的位置，从而实现物体表面三维形貌的高精度测量。
信号采集模块，其中为保证第一面阵相机13以及第二面阵相机14中采集得到的物体表面的像重合且大小相等，利用挡光片15遮挡参考臂光路，将带有校正图样的校正样品稳定放置在样品台18上，调节样品台18的位置及俯仰角，使校准图样完整清晰地成像在第二面阵相机14的中间位置，借助六维位移台17对第一面阵相机13以及与其相对固定的第四透镜组6进行调节，使其对校正图样所成的像与第二面阵相机14的成像位置实现可识别的边缘点对应像素坐标重合，借助亚像素边缘检测方法对第一面阵相机13以及第二面阵相机14对校正图样所成的像进行高精度边缘检测，以此为依据反复调节六维位移台17，提升第一面阵相机13与第二面阵相机14中成像位置的重合精度以达到面阵差分测量需求，保证第一面阵相机13以及第二面阵相机14中每个相同坐标的像素点所对应的待测样品11表面上的点均能够重合。
Linnik型干涉模块中，压电陶瓷驱动器12安装在参考反射镜10上；通过调节五维位移台16，对参考反射镜10与第二透镜组4的位置进行粗调，以平衡Linnik型干涉模块中的参考臂光程L1以及测量臂光程L2，从而在成像区域内观察到白光干涉条纹；对压电陶瓷驱动器12施加电压使其在零光程差位置附近进行线性扫描，从而可以通过第一面阵相机13以及第二面阵相机14同步获得白光干涉信号。
面阵差分运算处理，可借助第一分束镜8与第二分束镜9各自透射率与反射率的参数选择，平衡第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的干涉信号强度；亦可通过相机曝光参数调整、数据后处理等方式，使第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的干涉信号实现归一化，即基本实现第一面阵相机13与第二面阵相机14采集的干涉信号直流分量相等、交流分量互为相反数；对归一化的两组干涉信号进行差分运算，从而实现干涉信号信噪比的提升；对差分运算处理后的干涉信号进行中心条纹识别，即可实现物体表面的高精度三维形貌测量。
本发明是对Linnik型白光三维形貌测量仪的一种技术改进。本发明相较于传统Linnik型白光干涉仪添加了第四透镜组6、第一面阵相机13以及六维位移台17，并提出了相应的光路调节、相机对准与数据处理的方法从而构建具有面阵差分运算功能的白光三维形貌测量装置与方法。
以某一像素点的光强信号为例，第二面阵相机14中成像得到的白光干涉信号可表示为：
Figure BDA0003030618370000071
其中，I14为第二面阵相机14的某一像素点的光强；I1为干涉信号直流分量的强度；I2为干涉信号交流分量的幅值强度；x为参考臂光程L1与测量臂光程L2的差值；Lc为白光光源的相干长度；λ为白光光源的中心波长。在上述的白光干涉信号中，虽然可通过调节相机的曝光参数获得尽可能大的交流分量，但是相机对于信号采集的位数有限，因此信噪比始终受限于直流分量，所得的白光干涉中心条纹位置容易受到外界干扰影响。
本发明提出在白光三维形貌仪中利用差分运算的方法提升干涉信号信噪比。如图1所示是一种可行的物体表面三维形貌差分测量装置。分束镜的反射率与透射率之比为a:b，而第一面阵相机13得到的白光干涉信号相比第二面阵相机14的白光干涉信号少经历一次分束，故I13的干涉信号的强度为I14的干涉信号强度的(a+b)/b倍：
Figure BDA0003030618370000072
其中，I13为第一面阵相机13的对应像素点的光强。对第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的白光干涉信号进行归一化，该过程可通过调节相机的曝光时间、增益等参数实现。如以第二面阵相机14为标准，调节第一面阵相机13的曝光参数，则归一化的干涉信号分别表示为：
Figure BDA0003030618370000073
Figure BDA0003030618370000074
接下来对第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的白光干涉信号进行差分运算处理：
Figure BDA0003030618370000075
经过差分运算处理，可以消除白光干涉信号中的直流分量，其交流分量的强度则可以突破原有的限制，获取更高的信噪比。最终，借助白光干涉中心条纹识别算法，对差分运算后得到的白光干涉信号进行处理，进而得到物体表面的高精度三维形貌信息。
假设图1中的分束镜的反射率与透射率之比均为50:50，故I13的干涉信号的强度为I14的干涉信号强度的两倍：
Figure BDA0003030618370000081
对第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的白光干涉信号进行归一化。如以第二面阵相机14为标准，调节第一面阵相机13的曝光参数，则归一化的干涉信号分别表示为：
Figure BDA0003030618370000082
Figure BDA0003030618370000083
接下来对第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的白光干涉信号进行差分运算处理：
Figure BDA0003030618370000084
结合图1和图2，由宽谱光源1发出的宽谱光由可变光阑2控制初始光强，经过第一透镜组3后，通过第一分束镜8照射到第二分束镜9上，并且宽谱光通过第二分束镜9后分成两路；其中两束光分别经过参考臂以及测量臂后返回到第二分束镜9并发生干涉；干涉信号分别在第一面阵相机13以及第二面阵相机14中成像，对归一化的信号差分运算处理后进行白光干涉中心条纹识别得到白光干涉条纹光程差为零的位置，从而实现物体表面三维形貌的高精度测量。测量方法的流程如图2所示。
利用挡光片15遮挡参考臂光路，将带有校正图样的校正样品稳定放置在样品台18上，调节样品台18的位置及俯仰角，使校准图样完整清晰地成像在第二面阵相机14的中间位置，借助六维位移台17对第一面阵相机13以及与其相对固定的第四透镜组6进行调节，使其对校正图样所成的像与第二面阵相机14的成像位置实现可识别的边缘点对应像素坐标重合，借助亚像素边缘检测方法对第一面阵相机13以及第二面阵相机14对校正图样所成的像进行高精度边缘检测，以此为依据反复调节六维位移台17，提升第一面阵相机13与第二面阵相机14中成像位置的重合精度以达到面阵差分测量需求。
取下校正样品，将待测样品11稳定放置在样品台18上，调节样品台18的位置，通过观察第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的信号，在第一面阵相机13以及第二面阵相机14观测到清晰的待测样品11表面的像后，固定样品台18的位置。
将挡光片15撤下，并通过调节五维位移台16对参考反射镜10及第二透镜组4的位置进行粗调，观察第一面阵相机13以及第二面阵相机14的成像，在观察到白光干涉条纹后，固定五维位移台16的位置，并给安装在参考反射镜10上的压电陶瓷驱动器12施加一个线性信号，在适当范围内完成光程差的线性扫描。
理想状态下，第一面阵相机13与第二面阵相机14所对应的某像素点采集得到的归一化的白光干涉信号如图4所示，其中图4中(a)与(b)分别代表第二面阵相机14以及第一面阵相机13对应像素点归一化的干涉信号强度，(c)代表(a)与(b)的干涉信号进行差分运算后得到的干涉信号。由图4可见，通过差分运算消除了白光干涉信号的直流分量，其交流分量变为归一化后信号交流分量幅值强度的两倍，干涉信号的信噪比可获得提升。对差分后的白光干涉信号进行中心条纹识别算法处理后，可得到白光干涉条纹的中心位置，进而可以得到该像素点对应的待测样品11的表面高度信息。对于每个像素点的数据进行相同的处理，即可实现物体表面三维形貌的高精度测量。
白光干涉信号中心条纹识别算法经过发展包含了众多处理方法，其中根据干涉信号时频域的不同，可以分为时域信号处理以及频域信号处理。时域信号处理算法包络重心法、包络提取法、频域分析法以及相移干涉法等；频域信号处理算法包括多点法以及傅里叶变换法等。
六维位移台17以及样品台18需要进行调节，使待测样品11表面的同一区域清晰成像在第一面阵相机13以及第二面阵相机14中，且第一面阵相机13与第二面阵相机14中的每个相同坐标的像素点所对应的待测样品11表面上的点均能够重合；对第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的归一化的干涉信号进行差分运算处理，提升白光干涉信号的信噪比，提升白光干涉中心条纹的识别精度，实现待测样品11表面的三维形貌高精度测量；
需调节Linnik型干涉模块中的参考臂与测量臂的光程大致一致，并分别在第一面阵相机13以及第二面阵相机14得到白光干涉信号；可借助第一分束镜8与第二分束镜9各自透射率与反射率的参数选择，平衡第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的干涉信号强度；亦可通过相机曝光参数调整、数据后处理等方式，使第一面阵相机13以及第二面阵相机14采集得到的干涉信号实现归一化，即基本实现第一面阵相机13与第二面阵相机14采集的干涉信号直流分量相等、交流分量互为相反数；对归一化的两组干涉信号进行差分运算，从而实现干涉信号信噪比的提升；对差分运算处理后的干涉信号进行中心条纹识别，即可实现物体表面的高精度三维形貌测量；调整六维位移台17以及样品台18后，校正图样在第一面阵相机13与第二面阵相机14中的像均应在中心位置，且校正图样所占区域的像素点与全部像素点的比值应在80％以上，从而保证第一面阵相机13与第二面阵相机14的对准精度。

Claims (6)

1.一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置，其特征在于：包括宽谱光源(1)、可变光阑(2)、第一透镜组(3)、第二透镜组(4)、第三透镜组(5)、第四透镜组(6)、第五透镜组(7)、第一分束镜(8)、第二分束镜(9)、参考反射镜(10)、压电陶瓷驱动器(12)、第一面阵相机(13)、第二面阵相机(14)、挡光片(15)、五维位移台(16)、六维位移台(17)以及样品台(18)；
宽谱光源(1)发出的宽谱光依次经过可变光阑(2)与第一透镜组(3)，第一透镜组(3)输出平行的宽谱光经过第一分束镜(8)后出射的宽谱光经过第二分束镜(9)分成参考光束与测量光束，分别进入参考臂与测量臂中，所述的参考光束在参考臂中经过第二透镜组(4)聚焦到由压电陶瓷驱动器(12)驱动的参考反射镜(10)上，其中第二透镜组(4)、参考反射镜(10)以及压电陶瓷驱动器(12)固定在五维位移台(16)上；所述的测量光束在测量臂中经过第三透镜组(5)聚焦到放置在样品台(18)的待测样品(11)上；所述的参考光束与测量光束分别在参考反射镜(10)与待测样品(11)进行反射，并按照原路在第二分束镜(9)上发生干涉，并经过第二分束镜(9)分束，一束干涉信号经过第一分束镜(8)、第五透镜组(7)在第二面阵相机(14)上成像，另一束干涉信号经过第四透镜组(6)在第一面阵相机(13)上成像，其中第四透镜组(6)以及第一面阵相机(13)固定在六维位移台(17)上。
2.根据权利要求1所述的一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置，其特征在于：通过调节六维位移台(17)和样品台(18)使第一面阵相机(13)以及第二面阵相机(14)均对待测样品(11)表面的相同区域进行清晰成像，并采集白光干涉信号，且第一面阵相机(13)与第二面阵相机(14)中的每个相同坐标的像素点所对应的待测样品(11)表面上的点均重合。
3.根据权利要求1所述的一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置，其特征在于：调节参考臂与测量臂的光程使得第一面阵相机(13)以及第二面阵相机(14)得到白光干涉信号。
4.一种采用权利要求1至3所述任意一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用挡光片(15)遮挡参考臂光路，将带有校正图样的校正样品放置在样品台(18)上，调节样品台(18)的位置和俯仰角，使校准图样完整清晰地成像在第二面阵相机(14)的中间位置，通过六维位移台(17)调节第一面阵相机(13)以及与其相对固定的第四透镜组(6)，使第一面阵相机(13)对校正图样所成的像与第二面阵相机(14)的成像位置基本重合；
步骤2：采用亚像素边缘检测方法对第一面阵相机(13)和第二面阵相机(14)对校正图样所成的像进行边缘检测，根据检测结果通过调节六维位移台(17)提升第一面阵相机(13)与第二面阵相机(14)中成像位置的重合精度以达到面阵差分测量需求；
步骤3：撤下校正样品，将待测样品放置在样品台(18)上，调节样品台使待测样品表面第一面阵相机(13)与第二面阵相机(14)中清晰成像；
步骤4：撤下挡光片(15)，通过五维位移台(16)调节参考反射镜10及第二透镜组4的位置，当第一面阵相机(13)以及第二面阵相机(14)呈现白光干涉条纹，固定五维位移台(16)的位置，然后向压电陶瓷驱动器(12)施加线性电压信号，实现参考反射镜线性扫描；
步骤5：在参考反射镜扫描过程中，控制第一面阵相机(13)以及第二面阵相机(14)同步获取两组白光干涉信号并进行归一化；
步骤6：对归一化后的两组白光干涉信号进行点对点的差分运算，消除直流项干扰；
步骤7：利用白光干涉中心条纹识别算法处理差分后的干涉信号，得到待测样品表面的三维形貌信息。
5.根据权利要求4所述的一种采用权利要求1至3所述任意一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置的测量方法，其特征在于：步骤5所述归一化具体为：
第二面阵相机(14)中成像得到的白光干涉信号为：
Figure FDA0003030618360000021
其中，I14为第二面阵相机(14)的某一像素点的光强；I1为干涉信号直流分量的强度；I2为干涉信号交流分量的幅值强度；x为参考臂光程L1与测量臂光程L2的差值；Lc为白光光源的相干长度；λ为白光光源的中心波长；
第一分束镜(8)和第二分束镜(9)的反射率与透射率之比为a:b，则第一面阵相机(13)得到的白光干涉信号为：
Figure FDA0003030618360000022
以第二面阵相机(14)为标准，则第二面阵相机(14)和第一面阵相机(13)归一化的干涉信号I'14和I'13满足：
Figure FDA0003030618360000023
Figure FDA0003030618360000031
6.根据权利要求4所述的一种采用权利要求1至3所述任意一种物体表面三维形貌白光干涉测量装置的测量方法，其特征在于：步骤6所述对归一化后的两组白光干涉信号进行点对点的差分运算具体为：
Figure FDA0003030618360000032
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