CN110514110B - 一种平台调平控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种平台调平控制方法，包括：获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹；根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品倾斜的方向角和偏摆角；根据所述方向角和所述偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据所述偏移位移参数调整所述平台的驱动装置。本申请可根据白光干涉条纹图计算平台的位移偏移反馈，控制平台的驱动装置来进行平台的自动调平，能够替代人工对平台进行调平。

Description

一种平台调平控制方法

技术领域

本申请属于光学测量技术领域，尤其涉及一种平台调平控制方法。

背景技术

白光干涉测量技术是一种重要的非接触式表面微观行貌光学测量技术，解决了激光干涉测量技术在测量不连续表面时的相位模糊问题，广泛应用于机械工业、电子工业和现代工业等领域，可用于测量元件表面粗糙度、MEMS微观表面形貌、透明薄膜厚度等。

由于白光干涉测量的是尺寸为微纳米量级的对象，被测样品本身基底的平面度、平台平面度和水平度、以及被测样品与平台接触面间的接触质量都会对被测样品的姿态造成影响。而被测样品的姿态对测量的过程和结果有着较大影响，影响表现在：在白光干涉的测量过程中，需要控制物镜或被测样品进行垂直扫描，使得干涉条纹扫描覆盖至整个测量视场。当被测样品较为倾斜时，则需要更大的垂直扫描范围以保证干涉条纹能够扫描覆盖整个测量视场，但是调整更大的垂直扫描范围会降低测量效率。并且当被测样品较为倾斜时，扫描过程中被测表面连续区域间的光程差变化较大，使得采集的白光干涉图像中的干涉条纹又细又密，影响测量精度和测量结果的可靠性。

因此在测量之前需要对被测样品的姿态进行调平。现有技术多通过人工来调节平台，通过人工观察条纹粗细变化来调平被测样品。然而通过人工进行调平的过程操作繁琐，精度低，进而影响测量效率。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种平台调平控制方法，通过获取平台上的被测样品的白光干涉条纹图，提取出白光干涉条纹，根据白光干涉条纹计算出被测样品倾斜的方向角和偏摆角，再根据方向角和偏摆角计算出平台的位移偏移，即可根据平台的位移偏移对平台的驱动装置进行平台的调平，能够替代人工对平台进行调平。

本申请第一方面提供了一种平台调平控制方法，包括：

获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹；

根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品倾斜的方向角和偏摆角；

根据所述方向角和所述偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据所述偏移位移参数调整所述平台的驱动装置。

优选地，

所述获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹之前包括：

通过采集器采集放置于所述平台上的被样品的白光干涉条纹图。

优选地，

所述获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹包括：

获取被测样品的白光干涉条纹图；

对所述白光干涉条纹图进行二值化处理，提取出黑条纹或白条纹。

优选地，

所述获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹包括：

获取被测样品的白光干涉条纹图；

获取所述被测样品无白光干涉时的条纹图；

根据所述白光干涉条纹图和所述无干涉条纹时的条纹图，通过帧差法提取出黑条纹或白条纹。

优选地，

所述根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品倾斜的方向角包括：

利用Canny边缘检测算法对所述白光干涉条纹进行边缘检测，并根据霍夫线变换提取白光干涉条纹对应的直线，得到所述白光干涉条纹的方向角。优选地，所述根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品倾斜的方向角包括：

通过最小二乘拟合的方法对所述白光干涉条纹进行直线拟合，得到所述白光干涉条纹的方向角。

优选地，

所述根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品的偏摆角包括：

获取所述白光干涉条纹的宽度；

根据所述条纹宽度，由公式：

计算出所述方向角上的偏摆角，其中λ为光源中心波长，d为条纹宽度；

优选地，

所述获取白光干涉条纹的宽度包括：

获取提取的白光干涉条纹中两条相邻的平行条纹在X方向或Y方向的距离，结合条纹方向角得到两条相邻的平行条纹的垂直距离，获得条纹宽度。

优选地，

所述根据所述方向角和所述偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据所述偏移位移参数调整所述平台的驱动装置包括：

根据所述方向角和所述偏摆角，通过偏移位移公式计算出平台的偏移位移参数；

其中，所述偏移位移公式为：

z₁＝x₁ cosαtanθ；

z₂＝-x₁ cosαtanθ；

z₃＝y₁ sinαtanθ；

其中，α为方向角，θ为偏摆角，z₁为第一驱动装置偏离水平位置的偏离位移，z₂为第二为驱动装置偏离水平位置的偏离位移，z₃为第三驱动装置偏离水平位置的偏离位移，x₁和y₁为由三个驱动装置安装位置确定的固定参数，x₁为正三角形边长的二分之一，y₁为正三角形的高；所述第一驱动装置，所述第二为驱动装置和所述第三驱动装置均位于所述平台下方，且所在位置点构成正三角形；

根据计算出的驱动装置对应的偏离位移参数，分别调整驱动装置。即将-z₁、-z₂、-z₃作为输入，分别控制三个驱动装置进行移动相应的位移。

优选地，

所述根据所述方向角和所述偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据所述偏移位移参数调整所述平台之后包括：

判断所述平台是否处于预设调平状态，若是，则完成调平，若否，继续进行调平操作。

综上所述，本申请提供了一种平台调平控制方法，包括：获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹；根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品的方向角和偏摆角；根据所述方向角和所述偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据所述偏移位移参数调整所述平台的驱动装置。

本申请提供的一种平台调平控制方法，通过获取平台上的被测样品的白光干涉条纹图，提取出白光干涉条纹，根据白光干涉条纹计算出被测样品的方向角和偏摆角，再根据方向角和偏摆角计算出平台的位移偏移，即可根据平台的位移偏移控制平台的驱动装置来进行平台的调平，能够替代人工对平台进行调平。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种平台控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种平台控制方法的坐标系的示意图。

具体实施方式

本申请提供的一种平台调平控制方法，通过获取平台上的被测样品的白光干涉条纹图，提取出白光干涉条纹，根据白光干涉条纹计算出被测样品的方向角和偏摆角，再根据方向角和偏摆角计算出平台的位移偏移，即可根据平台的位移偏移控制平台的驱动装置来进行平台的调平，能够替代人工对平台进行调平。

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

参见图1-图2，图1为本申请实施例提供的一种平台控制方法的流程示意图；图2为本申请实施例提供的一种平台控制方法的坐标系的示意图。

本申请实施例提供了一种平台调平控制方法，包括：

100，获取被测样品的白光干涉条纹图，根据白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹；

200，根据白光干涉条纹获取被测样品的方向角和偏摆角；

300，根据方向角和偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据偏移位移参数调整平台的驱动装置。

需要说明的是，本申请实施例提供的平台控制方法，可以在对待测样品进行白光干涉之前，先将待测样品放置在平台上，并且，需要对平台进行调平操作。首先，可以打开白光光源，使其产生经过紧凑型显微镜的光路，光路经过干涉物镜照射到平台上的待测物品上，照射到待测物品上的光在待测物品上产生反射，反射光在干涉物镜和紧凑型显微镜的光路系统中与参考光发生干涉，再通过工业相机等图像采集装置采集获得被测样品的干涉条纹图，将图像条纹图传输到计算机中，计算机通过图像处理算法从白光干涉条纹图中提取获得相应的白光干涉条纹。通过白光干涉条纹计算获得相应的被测样品的方向角和该方向角对应的偏摆角。通过方向角和偏摆角的不同情况对应的平台的不同的偏移位移参数，控制相应的平台的驱动装置根据相应的偏移位移参数对平台进行调整。

进一步地，获取被测样品的白光干涉条纹图，根据白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹之前包括：

通过采集器采集放置于所述平台上的被样品的白光干涉条纹图。

需要说明的是，在对平台进行调整之前，需要先将待测物品放置到待调整的平台上方，通过对待测物品的白光干涉条纹的获取，以及对白光干涉条纹的图像分析来获取后续的关于平台偏移的具体参数，再根据相应的参数作出调整。

进一步地，获取被测样品的白光干涉条纹图，根据白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹包括：

获取被测样品的白光干涉条纹图；

对白光干涉条纹图进行二值化处理，提取出黑条纹或白条纹。

需要说明的是，获取被测样品的白光干涉条纹图后，对当前采集到的白光干涉条纹图进行二值化阈值分割，也即设置一个最小阈值或最大阈值，再进行二值化处理，提取出黑条纹或白条纹。例如，设置最小阈值提取黑条纹的过程具体为：设置一个阈值，比如10，然后将图像中像素值大于10的像素值全设为255(白色)，像素值小于10的像素就设为0(黑色)，最后得到的图像是黑白图像，并且能够提取出黑条纹。同理：设置一个最小阈值提取白条纹的过程为：设置一个阈值，比如230，然后把图像中像素值小于230的像素值全设为0(黑色)，像素值大于230的像素就设为255(白色)，最后得到的图像是黑白图像，从而提取到白条纹。

进一步地，获取被测样品的白光干涉条纹图，根据白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹包括：

获取被测样品的白光干涉条纹图；

获取被测样品无白光干涉时的条纹图；

根据白光干涉条纹图和无干涉条纹时的条纹图，通过帧差法提取出黑条纹或白条纹。

需要说明的是，在获取被测样品的白光干涉条纹图前后，均可以获取被测样品在对焦前无干涉条纹时的条纹图，通过帧差法结合阈值分割分别提取出黑条纹或者白条纹。帧差法即通过两张(帧)图像作差，根据作差后得到的图像，再根据前述实施例中的设置相应的阈值并进行二值化处理提取出黑条纹或白条纹。

进一步地，根据白光干涉条纹获取被测样品倾斜的方向角包括：

利用Canny边缘检测算法对提取到的白光干涉条纹进行边缘检测，并根据霍夫线变换提取白光干涉条纹对应的直线，并得到直线的角度信息，也即得到了干涉条纹的方向角。

进一步地，根据白光干涉条纹获取被测样品倾斜的方向角包括：

通过最小二乘拟合的方法对白光干涉条纹进行直线拟合，得到白光干涉条纹的方向角。

需要说明的是，也可以利用最小二乘拟合的方法对提取到的白光干涉条纹进行直线拟合，也可得到干涉条纹的方向角。

取垂直于条纹的方向角的方向，即可得到被测样品倾斜的方向角；

进一步地，根据白光干涉条纹获取被测样品的偏摆角包括：

获取白光干涉条纹的宽度；

根据条纹宽度计算出被测样品的偏摆角。

需要说明的是，获取条纹宽度的过程为：获取提取的白光干涉条纹中两条相邻的平行条纹在X方向或Y方向的距离，再结合条纹方向角求取两条相邻的平行条纹的垂直距离，该垂直距离即为条纹宽度。

特别地，利用条纹宽度信息求取被测样品的偏摆角过程为：

由条纹宽度求取被测样品的偏摆角计算公式为：

其中λ表示白光光源的中心波长，d表示条纹宽度。

进一步地，根据方向角和偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据偏移位移参数调整平台的驱动装置包括：

根据方向角和偏摆角，通过偏移位移公式计算出平台的偏移位移参数；

其中，偏移位移公式为：

z₁＝x₁ cosαtanθ；

z₂＝-x₁ cosαtanθ；

z₃＝y₁ sinαtanθ；

其中，α为方向角，θ为偏摆角，z₁为第一驱动装置偏离水平位置的偏离位移，z₂为第二为驱动装置偏离水平位置的偏离位移，z₃为第三驱动装置偏离水平位置的偏离位移，x₁和y₁为由三个驱动装置安装位置确定的固定参数，x₁为正三角形边长的二分之一，y₁为正三角形的高；第一驱动装置，第二为驱动装置和第三驱动装置均位于平台下方，且所在位置点构成正三角形；

根据计算出的驱动装置对应的偏离位移参数，分别调整驱动装置。

需要说明的是，特别地，平台下方设有三个驱动装置，并且这三个驱动装置所在位置点彼此连接构成正三角形。根据被测样品倾斜的方向角和偏摆角和平台下方的三个驱动装置对应的Z向偏离位移的计算关系式，可分别确定三个驱动装置的偏离位移。根据相应的偏离位移对驱动装置进行调整，可以达到调整平台的效果。

进一步地，根据计算出的驱动装置对应的偏离位移参数，分别调整驱动装置包括：

将-z₁、-z₂、-z₃作为输入，分别控制三个驱动装置进行移动相应的位移。

需要说明的是，控制三个驱动装置进行移动相应的位移的方法有：

方式一：将-z₁、-z₂、-z₃作为输入，分别控制三个驱动装置同时进行移动。预设偏摆角调平阈值T_θ，当θ≤T_θ时视为平台满足调平状态。若满足预设调平状态，则调平完成。否则，重复前述实施例中的所有调平操作，根据获取的被测样品方向角和偏摆角反馈进行调整，直到满足预设调平状态，则调平完成。

方式二：分X、Y方向逐步调平。当平台倾斜方向角α满足45°≤α＜90°或90°＜α≤135°时，先进行X方向调平，即控制第一驱动装置以小步长往-z₁方向移动，同时控制第二驱动装置以小步长往-z₂方向移动，当α＝90°时，则被测样品在X方向完成调平，接着进行Y方向调平，即控制第三驱动装置以小步长往-z₃方向移动，直到满足预设的偏摆角θ调平阈值T_θ，即θ≤T_θ，则被测样品在Y方向完成调平，平台调平完成。

进一步地，根据方向角和偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据偏移位移参数调整平台之后包括：

判断平台是否处于预设调平状态，若是，则完成调平，若否，继续进行调平操作。

需要说明的是，当驱动三个驱动装置来对平台进行调平操作后，需要判断平台是否满足预设调平状态，满足的话，即调平完成，若不满足，则继续进行调平操作直至满足预设调平状态。

判断平台是否处于预设调平状态包括：

判断偏摆角是否小于等于调平阈值。

综上，本申请实施例提供的一种平台调平控制方法，通过计算机对采集到的白光干涉条纹图通过相关图像处理算法进行条纹提取，利用提取的条纹方向及宽度信息获取被测样品倾斜的方向角以及被测样品在该方向角上的偏摆角，通过控制驱动装置以一个小增量进行一次移动，根据条纹移动的方向确定偏摆角的正负，接着根据预先建立的坐标系和被测样品倾斜的方向角及偏摆角，计算出平台三个驱动装置Z向的偏离位移，并控制驱动装置调整被测样品到水平姿态。通过该调平方法能够快速、精准调平，提高调平效率，同时保证调平的精度及一致性。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种平台调平控制方法，其特征在于，包括：

获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹；

根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品倾斜的方向角和偏摆角；

根据所述方向角和所述偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据所述偏移位移参数调整所述平台的驱动装置；

所述根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品倾斜的方向角包括：利用Canny边缘检测算法对所述白光干涉条纹进行边缘检测，并根据霍夫线变换提取白光干涉条纹对应的直线，得到所述白光干涉条纹的方向角；

所述根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品的偏摆角包括：

获取所述白光干涉条纹的宽度；

根据所述条纹宽度，由公式：

计算出所述方向角上的偏摆角，其中λ为光源中心波长，d为条纹宽度。

2.根据权利要求1所述的平台调平控制方法，其特征在于，所述获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹之前包括：通过采集器采集放置于所述平台上的被样品的白光干涉条纹图。

3.根据权利要求1所述的平台调平控制方法，其特征在于，所述获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹包括：

获取被测样品的白光干涉条纹图；

对所述白光干涉条纹图进行二值化处理，提取出黑条纹或白条纹。

4.根据权利要求1所述的平台调平控制方法，其特征在于，所述获取被测样品的白光干涉条纹图，根据所述白光干涉条纹图提取出白光干涉条纹包括：

获取被测样品的白光干涉条纹图；

获取所述被测样品无白光干涉时的条纹图；

根据所述白光干涉条纹图和所述无白光干涉时的条纹图，通过帧差法提取出黑条纹或白条纹。

5.根据权利要求1所述的平台调平控制方法，其特征在于，所述根据所述白光干涉条纹获取所述被测样品倾斜的方向角包括：

通过最小二乘拟合的方法对所述白光干涉条纹进行直线拟合，得到所述白光干涉条纹的方向角。

6.根据权利要求1所述的平台调平控制方法，其特征在于，所述获取白光干涉条纹的宽度包括：

获取提取的白光干涉条纹中两条相邻的平行条纹在X方向或Y方向的距离，结合条纹方向角得到两条相邻的平行条纹的垂直距离，获得条纹宽度。

7.根据权利要求1所述的平台调平控制方法，其特征在于，所述根据所述方向角和所述偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据所述偏移位移参数调整所述平台的驱动装置包括：

根据所述方向角和所述偏摆角，通过偏移位移公式计算出平台的偏移位移参数；

其中，所述偏移位移公式为

z₁＝x₁cosαtanθ；

z₂＝-x₁cosαtanθ；

z₃＝y₁sinαtanθ；

其中，α为方向角，θ为偏摆角，z₁为第一驱动装置偏离水平位置的偏离位移，z₂为第二为驱动装置偏离水平位置的偏离位移，z₃为第三驱动装置偏离水平位置的偏离位移，x₁和y₁为由三个驱动装置安装位置确定的固定参数，x₁为正三角形边长的二分之一，y₁为正三角形的高；所述第一驱动装置，所述第二为驱动装置和所述第三驱动装置均位于所述平台下方，且所在位置点构成正三角形；

根据计算出的驱动装置对应的偏离位移参数，分别调整驱动装置，即将-z₁、-z₂、-z₃作为输入，分别控制三个驱动装置进行移动相应的位移。

8.根据权利要求1所述的平台调平控制方法，其特征在于，所述根据所述方向角和所述偏摆角计算出平台的偏移位移参数，根据所述偏移位移参数调整所述平台之后包括：

判断所述平台是否处于预设调平状态，若是，则完成调平，若否，继续进行调平操作。

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