CN114636382B - 一种用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法及夹具导轨系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法及夹具导轨系统。通过基于四表面干涉测量方法下的最佳移相采样参数矩阵构建的方法，为任意测量位置下的透明平行平板测量提供最佳的移相采样参数，并通过对测量的硬件装置进行设计，使本发明方法更加有效的实施，从而使被测件测量位置不受传统多表面相位解调算法限制，在保证精度的前提下达到灵活的测量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法及配套夹具导轨系统。本发明所提出的四表面干涉测量方法以及配套夹具导轨系统能够有效地突破传统波长调谐移相干涉测量方法对固定腔长的限制，并且能够保证透明平行平板在任意腔长下的形貌高精度测量。所设计的夹具导轨系统可同时放置被测件和后参考镜，可在同一导轨上分别独立地对前、后腔长值进行调整，大大提高了测量的灵活性。
背景技术
透明平行平板在光学系统中应用广泛，是一种对表面面形精度具有较高要求的光学元件，其表面面形的精确测量对于改善和评价其光学性能具有非常重要的实际意义。现代光学干涉技术作为一种非接触式高精度测量技术在测量此类工件中起到了非常重要的作用，通过人为地引入相位调制从而获取多幅含有被测透明平行平板表面形貌初始相位信息的干涉图，并据此对被测件各表面面形进行重建，能够实现各被测面的高精度测量。
这一类平板的测量难点在于：相干光在到达参考面以及透明被测平行平板的前、后表面时都会发生反射，这些反射光束之间相互干涉，使得所采集得到的移相干涉图中包含多组干涉谐波信息，不同被测面的测量信息难以分离。传统的标准相位求解算法只能对单表面干涉的情况进行处理，即当采集到的移相干涉图中仅包含一组干涉谐波信息时。如果直接使用传统的单表面相位求解算法对透明平行平板的移相干涉图进行处理是难以实现各谐波信息的准确分离的，那么被测板的各表面形貌测量就难以实现。一个可用的方法是：通过分次测量的方案逐一对各表面形貌进行测量。但是这种方法在实现时需要在当前非测量表面上涂抹凡士林等消光材料以抑制在该表面的光束反射从而抑制该部分谐波产生，而后进行消光材料的擦除。这种方法的缺陷十分明显，一是逐次进行消光材料的涂抹和擦除会使得被测板有可能被污损甚至被破坏；二是被测板的各表面测量信息不能同时获得，且测量过程费时费力。
近年来得到较大发展的波长调谐移相干涉技术能够有效地测量透明平行平板的表面形貌。因为它可以通过调整参考面同各待测面之间的距离来调整在各表面反射的光束之间的光程差，从而达到主动控制各谐波频率的目的。当各谐波频率不发生混叠时就有可能实现对透明平行平板各表面相应相位的同时解调，这使得各光程差的确定变得非常重要。其中由被测板光学厚度决定的厚度信号频率难以直接改变，因此被测件与参考面之间的测量距离实际上分别决定了在被测件前、后表面与参考面的反射的光束之间的光程差，进而决定了相应的谐波频率。
目前，基于波长调谐移相干涉技术所提出的多表面测量算法大部分重点着眼于测量精度的提高。这些算法往往限制被测件到达参考面之间的测量距离与被测板的光学厚度的比值为某一个固定值，一旦被测件摆放的相对位置不满足这种限制要求，那么这些算法将不适用于后续的相位解调，这就意味着测量中只能被动地将被测件放置在有限的固定位置上，这大大限制了算法的应用范围。特别是对能够测量大口径被测件的卧式干涉仪，精准地对这种位置关系进行控制和调整是十分困难的。而且由于放置干涉仪的抗振平台尺寸有限，夹持光学元件的夹具形状限制，许多算法所限定的条件无法被很好地满足。
此外，在现存的透明平行平板测量方法中，有三表面干涉测量法和四表面干涉测量法。其中三表面干涉测量法能够得到透明平行平板的前、后表面的形貌信息和厚度的起伏变化；而四表面干涉测量法在能够获得以上三个信息的基础上，还可以得到被测件的折射率不均匀度变化分布。此外，这两种方法的另一重要区别在于三表面干涉测量法只需放置一个参考镜，通常情况下这个参考镜是在干涉仪里面的，但是这种方法得到的被测件的后表面的形貌信息包含着其它的谐波干扰，因此严格来讲所得到的结果是不准确的。而四表面干涉测量法通过在被测板后表面远离干涉仪方向上放置一块额外的参考镜可以获取准确的后表面形貌信息。但是这种方法在应用于目前已有的多表面测量算法时也存在着被测平行平板与参考面之间的距离与被测件光学厚度之间应为某固定倍数的测量限制。这也意味着当待测件为透明平行平板时，在四表面干涉测量法下的多表面测量算法要求相较于在三表面干涉测量法下的多表面测量算法要求要更为严苛。因为被测平行平板与前、后参考面的摆放在四表面干涉测量法中有两个相对位置参数限制，即前腔长和后腔长，其中，前腔长数值上等于被测平行平板前表面到前参考面的距离，后腔长数值上等于被测平行平板后表面到后参考面的距离，这两者必须同时满足算法的要求才能够进行相位解调，否则算法将不能够被适用。
目前对于透明平行平板的表面形貌信息的测量，如何在保证测量精度的前提下，寻找能够突破传统多表面测量算法中对被测件相对位置摆放限制的新方法，提高测量的灵活主动性，这成为亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法及夹具导轨系统，本发明包括两个部分：能够适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法以及可以对前、后腔长进行独立调整的夹具导轨系统。本发明的四表面干涉测量方法能够进一步保证透明平行平板面形的测量精度，突破传统算法中对被测件相对位置摆放的限制，增加测量的灵活主动性。本发明的夹具导轨系统能够将被测件和后参考镜同时放置在同一个导轨上，可以独立调整并准确测量前、后腔长，有效减少移相误差，降低测量成本。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下发明构思：
对于本发明的测量方法，为了实现透明平行平板在任意测量位置下的高精度多表面形貌测量，本发明在四表面干涉测量法下对被测件的相对位置进行分析，利用前、后腔长系数对透明平行平板的相对位置摆放进行描述，提出一种能够对一定范围内的前、后腔长系数组合进行移相值匹配的方法。这种方法能够对每一个前、后腔长系数组合在对谐波信号进行一个周期内不同采样点数的相位解调算法性能预测，并依照性能预测结果，将满足误差精度要求，能够保证解相算法有效性的数据组合构建成最佳移相采样参数矩阵。
对于本发明的夹具导轨系统，在传统的夹具导轨系统中，在同一条直线上往往只能一个夹具导轨控制一个工件的移动或者实现多工件的联动，这就使得本发明中四表面干涉测量法中共光路的被测件和后参考镜需要两个分别的导轨。一方面，当被测件和后参考镜之间的距离需要特别近时，两个导轨可能会相互限制元件的位置摆放；另一方面，获取被测件和后参考镜之间的距离需要额外人为的测量两个导轨之间的起始距离，这也会引入测量误差。为了更好地实现被测件和后参考镜在同一导轨上的独立放置，更方便精准地测量前、后腔长值，本发明设计了一种精巧的机械结构。
根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：
一种用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法及夹具导轨系统，其特征在于：包括一种能够适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法以及可以对前、后腔长进行独立调整的夹具导轨系统，一使多表面移相算法适用于任意腔长下的移相值匹配，采用配套夹具导轨系统；
所述的能够适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法包括以下步骤；
I.根据四表面干涉测量方法和多表面相位解调算法特性，对一定范围内的前、后腔长系数组合进行移相值匹配，进而构建最佳移相采样参数矩阵；
II.利用所发明的夹具导轨系统调整被测件与前、后参考镜的相对位置，对当前的前、后腔长系数进行测量计算，并设定被测件的折射率信息，调用最佳移相采样参数矩阵，从而确定最小可用采样参数；
III.根据所选采样参数以及多表面相位解调算法要求，确定干涉图总采集帧数，再进行波长调谐移相干涉图采集，通过多表面相位解调算法实现对被测件各表面形貌恢复。
优选地，在所述步骤I中，移相值匹配主要包括四表面干涉测量算法的误差分析和最佳移相采样参数矩阵建立；
所述四表面干涉测量算法的误差分析的步骤主要包括为：
a.基于Zernike多项式和对被测件同时具有前、后参考镜下的干涉情形进行模拟，分别对包括被测件前表面、后表面、厚度变化以及表面材料特性不均匀分布信息在内的四表面进行干涉模型的建立；
b.基于前、后腔长系数与采样参数的组合关系，使用基于Blackman窗函数和逆离散傅里叶变换原理发展的多表面相位解调算法对所有干涉谐波信号初始相位进行求解，并恢复相应的干涉波面，以所模拟的干涉模型为理论值进行波面求解误差分析；其中，对于四表面波面重建所需的三组干涉谐波信号初始相位求解如下所示：
其中，为被测透明平行平板前表面与前参考面干涉初始包裹相位重建；
为被测透明平行平板前表面与后表面干涉初始包裹相位重建；
为被测透明平行平板后表面与后参考面干涉初始包裹相位重建；
N为采样参数，数值上为基频周期内采样点数；
k为当前干涉图帧数；
K为总采集干涉图帧数，其数值在本发明中设为6N；I(x,y；k)为数值模拟第k幅干涉图 (x,y)点处的光强值；
ωB(k)为第k幅干涉图对应的Blackman窗函数；
M1为前腔长系数，数值上等于被测透明平行平板前表面到前参考面的距离与被测透明平行平板光学厚度的比值；
M2为后腔长系数，数值上等于被测透明平行平板后表面到后参考面的距离与被测透明平行平板光学厚度的比值；
I(x,y；,k)为经过累积(k-1)次移相之后所获得的第k幅干涉条纹图(x,y)处的光强值。
所述最佳移相采样参数矩阵建立的步骤主要包括：
①.构建关于前、后腔长系数和采样参数的三维迭代结构；
②.计算每种组合下的波面重建误差，并根据测量精度要求设定误差阈值，保存重建误差小于误差阈值的组合；
③.利用傅里叶变换，对保存的前、后腔长系数和采样参数组合进行分别沿着前、后腔长系数方向以当前组合的采样参数为周期进行二维周期延拓；
④.进一步选择在前、后腔长系数下满足精度要求的最小采样参数，使这些组合形成关于在任意腔长组合下选取满足误差精度要求的最少采样帧数的最佳移相采样参数矩阵。
优选地，移相值匹配中的四表面干涉测量方法的误差分析步骤a中具体如下：
在所述步骤a中，基于Zernike多项式前5项分别模拟前参考面的表面形貌R1(x,y)、后参考面的表面形貌R2(x,y)、被测平行平板的前表面形貌A(x,y)、后表面形貌B(x,y)；设置随机函数，进行数值模拟待测平行平板的不均匀度信息un(x,y)，设置数值D为待测平行平板的平均光学厚度，计算D＝n×d，其中n为数值模拟表示待测平行平板的折射率，d为数值模拟表示待测平行平板的平均物理厚度；
在所述步骤a中，数值模拟前参考面到达待测平行平板的前表面的距离为t1，后参考面到达待测平行平板的后表面的距离为t2，并数值计算出前腔长系数M1和后腔长系数值M2；
在所述步骤a中，根据数值模拟的移相干涉条纹图光强值，以及各光学物理特性和相对位置关系，汇总透明被测平行平板在四表面干涉测量中可产生的各组干涉波面信息Wi(x,y)和光程差Hi(x,y)的数值模拟值；
优选地，在所述步骤b中，建立相位解调算法的步骤如下：
i.进行各组干涉谐波信号移相频率分析；
ii.选择窗函数，并确定窗函数的序列长度；
iii.恢复各谐波信号的初始相位分布；
iv.恢复各谐波波面；
v.判断相位解调算法精度；
优选地，在所述步骤i中，根据干涉谐波的相位值，在第k-1次波长调谐移相后，通过泰勒展开式展开并忽略高阶非线性项式可知：各组移相频率与其对应干涉光束之间的光程差是成正比，由此建立起各谐波移相频率相较于基频的相对频率关系；
优选地，在所述步骤ii中，采用基于Blackman窗函数的多表面相位解调算法，为了增加误差抑制能力和对目标谐波信号的相位解调能力，窗函数的序列长度K设定为基频信号周期长度N的6倍；
优选地，在所述步骤iii中，利用相位解调算法，恢复各干涉波面的初始包裹相位，对于四表面波面重建所需的三组干涉谐波信号初始相位值计算，由公式(1)获得；
优选地，在所述步骤iv中，各干涉波面的初始包裹相位经过解包裹、消倾斜后得到各波面的恢复初始相位，并根据各波面的恢复初始相位，得到各波面的恢复相应波面Wi’(x,y)；
优选地，在所述步骤v中，以初始波长λ0为计量单位计算各组相位解调算法恢复波面 Wi’(x,y)与数值模拟的设定波面Wi(x,y)的残差的RMS值记为Ei，作为能够代表相位解调算法精度的依据。
优选地，移相值匹配中的最佳移相采样参数矩阵建立具体内容包括：
在所述的步骤①中，依据所建立的测量透明平行平板的测量模型，将前腔长系数M1和后腔长系数M2分别以0.1为间隔递增取值，以当前采样参数N为取值终点，并相互组合；同时 N的取值在8-30的迭代周期内，以1为间隔进行整数递增取值，形成关于M1、M2和N的三维迭代结构；先对前、后腔长系数进行二重迭代，在其组合迭代过程中代入采样参数的迭代。前、后腔长系数迭代步长均设定为0.1，迭代周期均为当前组合的采样参数。采样参数的迭代步长设定为1，取值在8-30的迭代周期内。由此形成光与M1、M2和N的三维迭代结构；
在所述的步骤②中，对每一种M1、M2和N组合的相位解调算法波面重建误差进行分析。采用比较波面重建残差RMS的计算值Ei，与根据精度要求设定的误差限值δ的方法，来筛选组合。当各Ei都不大于δ时，当前组合被认为是满足误差精度要求的组合，被保存下来；
在所述的步骤③中，利用傅里叶变换，以N为周期对存储的结果分别在M1和M2方向上进行空间二维延拓；
在所述的步骤④中，进一步选择最佳移相采样参数，只保留对应M1、M2组合下，满足误差精度要求的最小N值，使这样的M1、M2和N值形成关于在任意腔长组合下选取满足误差精度要求的需最少采样帧数的最佳移相采样参数矩阵。
优选地，在所述步骤II中，在确定最小可用采样参数过程中，设定当前腔长系数测量计算值的向上一个步长内的矩阵内可取值为当前前、后腔长系数值，并依此组合在建立的最佳移相采样参数矩阵中确定最小可用采样参数。若在建立的最佳移相采样参数矩阵中无对应当前腔长系数组合的采样参数，可减小采样参数的迭代步长。但更为方便的方法应当是调整被测件的相对位置，重新匹配可用采样参数。
优选地，在所述步骤III中，根据匹配得到的采样参数为N，以及在发展的多表面相位解调算法中窗函数序列长度为6N，确定移相干涉图总采集帧数为6N。依此参数，可进行波长调谐移相干涉图采集，并根据采集干涉图通过发展的多表面相位解调算法实现对被测件各表面形貌恢复。
所述夹具导轨系统主要包括：夹具、丝杠及丝杠附件装置和螺母部分；其中，夹具的夹具上底板的螺栓和夹具下底座的V型块可对圆形被夹持件三点完全定位；夹具的连接部件中的压缩弹簧可对被夹持件起到保护作用，并方便夹持过程的安全实施；丝杠包括第一丝杠和第二丝杠，螺母部分包括第一螺母和第二螺母，其中第一螺母包含有螺母体、套筒和连接板，其套筒部分可固定夹持有待测透明平行平板的夹具，其螺母体和套筒通过连接板焊接为一体并分别与第一、二丝杠匹配，使得第一螺母的螺母体部分在与第一丝杠的传动中，带动附有被测件的套筒部分在第二丝杠上进行直线运动；第二螺母可固定夹持有后参考镜的夹具，与第二丝杠匹配，以此实现被测件和后参考镜在第二丝杠上的独立控制运动；
优选地，所述夹具包括夹具上底板、夹具下底座和连接部件；所述夹具上底板的几何中心有螺纹孔，夹具下底座的上部有V型块结构，被夹持圆形件通过夹具上底板的螺栓和夹具下底座的V型块实现三点完全定位；夹具下底座整体为“工”型结构，在“工”型底板两端开设螺纹孔，便于与螺母装配连接；所述夹具装置的连接部件包括螺柱、六角螺母、垫片、压缩弹簧；利用螺柱对夹具上底板和夹具下底座通过螺纹进行连接支撑，并使用六角螺母对螺柱进行紧固，设置垫片防止松动；在六角螺母、垫片和夹具上底板之间增加压缩弹簧，在螺柱连接较松弛的状态下，实现保护被夹持件的作用，并实现在夹持过程的安全实施。
优选地，所述丝杠及丝杠附件装置主要包括第一丝杠、第二丝杠、丝杠底座、表盘、手摇盘，所述第一丝杠和第二丝杠的结构尺寸参数完全相同，丝杠底座为一对平行放置的底座，开设有与丝杠外径尺寸相匹配的孔，同时设置于靠近第一丝杠和第二丝杠的端部；在第一丝杠和第二丝杠的不同端分别安装手摇盘，并加装表盘结构，便于对丝杠旋转角度进行测量，可根据螺纹导程计算螺母直线运动距离，实现对被夹持件直线运动距离的精准测量。
优选地，所述螺母部分包括有第一螺母和第二螺母；所述第一螺母为由螺母体、套筒和连接板三个部分焊接组成的整体以及螺母盖；所述第二螺母与第一螺母的螺母体结构、尺寸相同；螺母体滚珠在滚道内循环运动，其上半部分开设有弧形冷却槽和注水口，防止因摩擦热过高引起滚珠损坏，其下半部分开设有弧形油道，对螺母内部滚珠等元件进行润滑，开设的堵油口防止油液漏出；螺母体通过六根均匀分布的连接螺钉与螺母盖进行连接，螺母盖和螺母体之间有密封垫用于防止外部污染物进入螺母内部；第一螺母的螺母体的螺纹与第一丝杠的螺纹相匹配，套筒部分圆形通孔与第二丝杠的轴体为间隙配合；螺母体与套筒通过连接板焊接在一起，并保证螺母体孔径中心与套筒孔径中心的距离同丝杠底座两孔径距离相等；第一螺母的套筒和第二螺母上方均开设有两个螺纹孔，与夹具进行连接。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明创造的在四表面干涉测量法下的最佳移相采样参数矩阵通过计算前、后腔长系数与采样参数的不同组合下的相位解调误差，建立起在任意位置(即前、后腔长系数为任意组合)与最佳采样参数之间的关系；这不只是在极大范围内预定了满足误差精度要求的组合，降低测量中选取最佳采样参数的试错率，而且拓展了相位解调算法的应用范围，使之并不只是局限于待测透明平行平板摆放在某些固定的位置，极大程度地增加了算法的适用性和灵活性；
2.本发明基于四表面干涉测量法下的夹具导轨系统，选择滚珠丝杠这种高精度传动系统保证元件运动距离测量的准确性，并通过螺母体焊接套筒的结构实现了将夹持待测平行平板的夹具同夹持后参考镜的夹具放置在同一丝杠上，这样更加有利于独立控制被测件同前、后参考镜的相对位置，便于精确的测量后腔长值，进一步通过计算被测平行平板在丝杠上自原点的移动距离加上前参考镜到达导轨原点的测量值的和便可以得到比较精确的前腔长值；由此，可以大大提高算法的有效性和准确性。
附图说明
图1为本发明优选实施例的最佳移相采样参数矩阵建立示意图。
图2为本发明优选实施例的透明平行平板任意位置下的四表面干涉测量示意图。
图3为本发明优选实施例的四表面干涉测量法示意图。
图4为本发明优选实施例的夹具示意图。
图5为本发明优选实施例的夹具导轨系统示意图。
图6为本发明优选实施例的第一螺母、第二螺母装配剖视示意图。
图7为本发明优选实施例的螺母盖示意图。
图8为本发明优选实施例的第一螺母侧视示意图。
图9为本发明优选实施例的在一定误差阈值下满足误差要求的M1、M2和N组合结果图。
图10为本发明优选实施例的依据仿真结果的透明平行平板的形貌的求解误差。
图中各部分序号分别表示：
1.表盘；2.手摇盘；3.丝杠底座；4.第一丝杠；5.第一螺母；6.第二螺母；7.第二丝杠2；8. 连接螺钉；9.注水口；10.冷却槽；11.滚珠；12.油道；13.堵油口；14.密封垫；15.螺母盖；16. 夹具；17.螺柱；18.压缩弹簧；19.夹具上底板；20.夹具下底座；21.连接螺钉；22.垫片；23. 六角螺母；24.螺栓。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1和图5，一种适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法，使多表面移相算法适用于任意腔长下的移相值匹配，采用配套夹具导轨系统；
所述的能够适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法包括以下步骤；
I.根据四表面干涉测量方法和多表面相位解调算法特性，对一定范围内的前、后腔长系数组合进行移相值匹配，进而构建最佳移相采样参数矩阵；
II.利用所发明的夹具导轨系统调整被测件与前、后参考镜的相对位置，对当前的前、后腔长系数进行测量计算，并设定被测件的折射率信息，调用最佳移相采样参数矩阵，从而确定最小可用采样参数；
III.根据所选采样参数以及多表面相位解调算法要求，确定干涉图总采集帧数，再进行波长调谐移相干涉图采集，通过多表面相位解调算法实现对被测件各表面形貌恢复；
所述移相值匹配主要包括四表面干涉测量算法的误差分析和最佳移相采样参数矩阵建立；
所述四表面干涉测量算法的误差分析的步骤主要包括为：
a.基于Zernike多项式和对被测件同时具有前、后参考镜下的干涉情形进行模拟，分别对包括被测件前表面、后表面、厚度变化以及表面材料特性不均匀分布信息在内的四表面进行干涉模型的建立；
b.基于前、后腔长系数与采样参数的组合关系，使用基于Blackman窗函数和逆离散傅里叶变换原理发展的多表面相位解调算法对所有干涉谐波信号初始相位进行求解，并恢复相应的干涉波面，以所模拟的干涉模型为理论值进行波面求解误差分析；其中，对于四表面波面重建所需的三组干涉谐波信号初始相位求解如下所示：
其中，为被测透明平行平板前表面与前参考面干涉初始包裹相位重建；
为被测透明平行平板前表面与后表面干涉初始包裹相位重建；
为被测透明平行平板后表面与后参考面干涉初始包裹相位重建；
N为采样参数，数值上为基频周期内采样点数；
k为当前干涉图帧数；
K为总采集干涉图帧数，其数值在本发明中设为6N；I(x,y；k)为数值模拟第k幅干涉图 (x,y)点处的光强值；
ωB(k)为第k幅干涉图对应的Blackman窗函数；
M1为前腔长系数，数值上等于被测透明平行平板前表面到前参考面的距离与被测透明平行平板光学厚度的比值；
M2为后腔长系数，数值上等于被测透明平行平板后表面到后参考面的距离与被测透明平行平板光学厚度的比值；
I(x,y；,k)为经过累积(k-1)次移相之后所获得的第k幅干涉条纹图(x,y)处的光强值。
所述最佳移相采样参数矩阵建立的步骤主要包括：
①.构建关于前、后腔长系数和采样参数的三维迭代结构；
②.计算每种组合下的波面重建误差，并根据测量精度要求设定误差阈值，保存重建误差小于误差阈值的组合；
③.利用傅里叶变换，对保存的前、后腔长系数和当前组合的采样参数组合进行分别沿着前、后腔长系数方向以N为周期进行二维周期延拓；
④.进一步选择在前、后腔长系数下满足精度要求的最小采样参数，使这些组合形成关于在任意腔长组合下选取满足误差精度要求的最少采样帧数的最佳移相采样参数矩阵。
本实施例通过基于四表面干涉测量方法下的最佳移相采样参数矩阵构建的方法，为任意测量位置下的透明平行平板测量提供最佳的移相采样参数，并通过对测量的硬件装置进行设计，使本实施例方法更加有效的实施，从而使被测件测量位置不受传统多表面相位解调算法限制，在保证精度的前提下达到灵活的测量的目的。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，移相值匹配中的四表面干涉测量方法的误差分析步骤a中具体如下：
在所述步骤a中，基于Zernike多项式前5项分别模拟前参考面的表面形貌R1(x,y)、后参考面的表面形貌R2(x,y)、被测平行平板的前表面形貌A(x,y)、后表面形貌B(x,y)；设置随机函数，进行数值模拟待测平行平板的不均匀度信息un(x,y)，设置数值D为待测平行平板的平均光学厚度，计算D＝n×d，其中n为数值模拟表示待测平行平板的折射率，d为数值模拟表示待测平行平板的平均物理厚度；
在所述步骤a中，数值模拟前参考面到达待测平行平板的前表面的距离为t1，后参考面到达待测平行平板的后表面的距离为t2，并数值计算出前腔长系数M1和后腔长系数值M2；
在所述步骤a中，根据数值模拟的移相干涉条纹图光强值，以及各光学物理特性和相对位置关系，汇总透明被测平行平板在四表面干涉测量中可产生的各组干涉波面信息Wi(x,y)和光程差Hi(x,y)的数值模拟值；
在所述步骤b中，建立相位解调算法的如下：
i.进行各组干涉谐波信号移相频率分析；
ii.选择窗函数，并确定窗函数的序列长度；
iii.恢复各谐波信号的初始相位分布；
iv.恢复各谐波波面；
v.判断相位解调算法精度；
在所述步骤i中，根据干涉谐波的相位值，在第k-1次波长调谐移相后，通过泰勒展开式展开并忽略高阶非线性项式可知：各组移相频率与其对应干涉光束之间的光程差是成正比，由此建立起各谐波移相频率相较于基频的相对频率关系；
在所述步骤ii中，采用基于Blackman窗函数的多表面相位解调算法，为了增加误差抑制能力和对目标谐波信号的相位解调能力，窗函数的序列长度K设定为基频信号周期长度N的 6倍；
在所述步骤iii中，利用相位解调算法，恢复各干涉波面的初始包裹相位，对于四表面波面重建所需的三组干涉谐波信号初始相位值计算，由公式(1)获得；
在所述步骤iv中，各干涉波面的初始包裹相位经过解包裹、消倾斜后得到各波面的恢复初始相位，并根据各波面的恢复初始相位，得到各波面的恢复相应波面Wi’(x,y)；
在所述步骤v中，以初始波长λ0为计量单位计算各组相位解调算法恢复波面Wi’(x,y)与数值模拟的设定波面Wi(x,y)的残差的RMS值记为Ei，作为能够代表相位解调算法精度的依据。
在本实施例中，移相值匹配中的最佳移相采样参数矩阵建立具体内容包括：
在所述的步骤①中，依据所建立的四表面干涉测量法，测量透明平行平板的测量模型，将前腔长系数M1和后腔长系数M2分别以0.1为间隔递增取值，以当前采样参数N为取值终点，并相互组合；同时N的取值在8-30的迭代周期内，以1为间隔进行整数递增取值，形成关于M1、M2和N的三维迭代结构；先对前、后腔长系数进行二重迭代，在其组合迭代过程中代入采样参数的迭代。前、后腔长系数迭代步长均设定为0.1，迭代周期均为当前组合的采样参数。采样参数的迭代步长设定为1，取值在8-30的迭代周期内。由此形成光与M1、M2和N的三维迭代结构；
在所述的步骤②中，对每一种M1、M2和N组合的相位解调算法波面重建误差进行分析，采用比较波面重建残差RMS的计算值Ei，与根据精度要求设定的误差限值δ的方法，来筛选组合。当各Ei都不大于δ时，当前组合被认为是满足误差精度要求的组合，被保存下来；
在所述的步骤③中，利用傅里叶变换，以N为周期对存储的结果分别在M1和M2方向上进行空间二维延拓；
在所述的步骤④中，进一步选择最佳移相采样参数，只保留对应M1、M2组合下，满足误差精度要求的最小N值，使这样的M1、M2和N值形成关于在任意腔长组合下选取满足误差精度要求的需最少采样帧数的最佳移相采样参数矩阵。
在本实施例中，一种适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法，其实现过程的主要步骤为：
1)基于Zernike多项式前5项设置不同的多项式系数分别数值模拟前、后参考面的表面形貌，被测平行平板的前、后表面形貌，并依据前、后腔长系数创建四表面干涉测量法测量透明平行平板的位置参数关系从而建立四表面干涉测量方法模型；同时基于离散傅里叶变换原理，获取四表面干涉测量方法下的波长调谐移相干涉光强值表达式，并于此得到对应组别光束干涉的数值模拟波面信息；由此建立起四表面干涉测量法测量透明平行平板的测量模型；
2)设置基频信号周期内采样点数为N，本发明中称N为采样参数；基于各组干涉信号移相频率相对关系计算对应的单步波长调谐量；基于Blackman窗函数和离散傅里叶变换原理设计对应各组谐波信号的采样权重函数，结合前述数值模拟移相干涉图的光强值计算获得各组谐波信号的初始包裹相位，经解包裹和消倾斜获得各组谐波信号的初始相位，并建立初始相位与波面起伏高度的关系式，至此建立起相位解调算法基本结构并恢复相应干涉波面；以计算得到的重建波面与模拟波面的残差的RMS值作为能够代表相位解调算法精度的依据；
3)依据所建立的四表面干涉测量法测量透明平行平板的测量模型，分别对前、后腔长系数和基频信号周期采样点数进行递增循环取值，形成关于前、后腔长系数和采样参数的三维迭代结构；对每一前、后腔长系数与采样参数的组合下的多表面相位解调算法波面重建误差进行分析，比较当前波面重建残差的RMS与设定误差限值的大小关系，并保留波面重建残差的RMS值小于误差限值的前、后腔长系数和采样参数的组合；根据傅里叶变换原理，以N 为周期将存储结果进行延拓，并进一步选择前、后腔长系数组合下的最小采样参数，以获得满足相位解调算法精度的最少干涉图采样帧数，以此建立最佳移相采样参数矩阵；
4)根据四表面干涉测量法要求和透明平行平板相位解调算法要求，采用两个手摇盘分别控制组合在一起的两个滚珠丝杠结构并分别带动两个螺母结构的直线运动，同时使螺母部件上夹持被测平行平板和后参考镜的夹具均在同一个丝杠上，以此通过硬件结构设计实现准确摆放和控制被测平行平板和后参考镜的位置，以达到准确独立地控制前、后腔长值的目的。
在所述步骤1)中，基于Zernike多项式前5项设置不同的多项式系数分别模拟前、后参考面的表面形貌，被测平行平板的前、后表面形貌；Zernike多项式的前5项式为：
W(x,y)表示干涉光强图有效区域点(x,y)处的表面面形数值模拟值；多项式系数α0、α1、α2、α3和α4分别表示为沿Z轴方向的偏移量、像散、离焦、X方向上的倾斜和Y方向上的倾斜；(x0,y0)表示为干涉光强图的有效区域的圆心坐标；r1、r2、r3、r4分别表示不同像差的圆半径。
一般情况下，认为干涉仪参考镜即前参考面为无表面面形起伏的绝对平面，这意味着利用Zernike多项式数值模拟前参考面表面形貌时，所有的多项式系数均可设置为0；基于 Zernike多项式前5项可构建前参考面模拟面形R1(x,y)、后参考面模拟面形R2(x,y)、待测透明平行平板的前表面模拟面形A(x,y)、后表面模拟面形B(x,y)，通过待测板前、后表面模拟面形之差可以数值模拟待测板的厚度变化信息l(x,y)；另外，可以设置随机函数来数值模拟待测平行平板的不均匀度信息un(x,y)，设置数值D为待测平行平板的平均光学厚度(D＝n×d), 其中n为数值模拟表示待测平行平板的折射率,d为数值模拟表示待测平行平板的平均物理厚度。
在所述步骤1)中，创建四表面干涉测量法测量透明平行平板的位置参数关系；在三表面干涉测量法的基础上，将原有干涉仪参考镜作为前参考面，在待测平行平板远离干涉仪的一侧增加一块额外的参考镜作为后参考面；多表面相位解调算法是否有效并不取决于被测板的光学厚度值，而是取决于腔长系数与移相值之间的协调关系，即被测板表面到达参考面之间的距离与被测平行平板平均光学厚度的比值与N的关系；在四表面干涉测量法中，存在两个距离关系，也即存在两个腔长系数；在此数值模拟前参考面到达待测平行平板的前表面的距离为t1,后参考面到达待测平行平板的后表面的距离为t2；那么前腔长系数M1和后腔长系数 M2的数值模拟表达式分别为：
到此，四表面干涉测量方法模型构建完成。
在所述步骤1)中，基于离散傅里叶变换原理，四表面干涉测量方法下的波长调谐移相干涉光强值可以被分解为具有不同频率的余弦函数，其中的相角包含着各谐波信号的相位信息；经过累积k-1次移相之后所获得的第k幅干涉条纹图(x,y)处的光强值可用以下式来数值模拟表示：
其中k-1为移相次数，k值为干涉图采样次数；I(x,y；k)为经过累积k-1次移相之后所获得的第 k幅干涉条纹图(x,y)处的光强值；λ0为初始波长；Δλ为单步波长调谐量，其具体计算在后文可见；a0为干涉条纹图中的背景光强，也可称为干涉条纹图中的直流分量，一般情况下认为是固定值，并不随着移相次数变化；i的取值为1～6的整数取值，表示为干涉仪中光源输出的光束到达各个光学元件表面后发生反射并两两之间产生干涉形成的i组干涉信号，如图3-a所示，在此将i＝1设为待测平行平板前表面A和前参考面R1的反射光束形成的干涉信号、 i＝2设为待测平行平板后表面B和前参考面R1的反射光束形成的干涉信号、i＝3设为待测平行平板前表面A和待测平行平板后表面B的反射光束形成的干涉信号、i＝4设为前参考面R1和后参考面R2的反射光束形成的干涉信号、i＝5设为待测平行平板前表面A和后参考面R2的反射光束形成的干涉信号、i＝6设为待测平行平板后表面B和后参考面R2的反射光束形成的干涉信号；ai为对应第i组干涉条纹光强对比度；Wi(x,y)为(x,y)处对应第i组干涉条纹波面信息；Hi(x,y)为(x,y)处对应第i组产生干涉的两个反射光束之间的光程差值；将各i组干涉信号对应的波面信息Wi和产生干涉的两光束之间的光程差Hi汇总如下表所示：
到此，四表面干涉测量法测量透明平行平板的测量模型构建完成。
在所述步骤2)中，各组干涉谐波信号的移相值与产生该组干涉的光束之间的光程差是相关的；第i组干涉谐波的相位值在第k-1次波长调谐移相后通过泰勒展开式展开并忽略高阶非线性项式后可表示为：
其中Φi(x,y；k)表示的为第k幅干涉条纹图中的第i组干涉条纹在(x,y)点处的相位值；表示为第i组干涉条纹在(x,y)处的初始相位值；/>表示为第k幅干涉条纹图中的第i 组干涉条纹在(x,y)点处的移相值。
由此，可知各组干涉谐波信号的移相值与对应干涉光束之间的光程差是成正比的；依此可得，各组移相频率与其对应干涉光束之间的光程差是成正比的；为简化后续相位解调算法求解过程，以及方便量化各组谐波频率之间的关系，可以将有最小光程差的两反射光束对应的干涉频率信号作为基频信号，对于较薄板的测量，在被测板的前、后表面分别反射的两光束之间的光程差一般最小，所以厚度变化信号一般被选做基频信号，此时基频信号的移相频率为根据各组干涉信号对应干涉光束之间的光程差与待测平行平板光学厚度的比值可计算出各谐波信号移相频率同基频信号移相频率的相对关系；各谐波的相对频率可表示为：
其中的ci即表示第i组干涉信号频率相对于基频信号频率的相对频率。
在所述步骤2)中，采样参数用N表示，那么对于基频信号而言，单步移相值为2π/N；在波长调谐移相方式中，可将单步移相值转换为单步波长调谐量；单步波长调谐量的计算式为：
在所述步骤2)中，发展基于Blackman窗函数的多表面相位解调算法；Blackman窗函数形式如下:
其中ωB(k)为第k幅干涉图对应的Blackman窗函数；K为窗函数的序列长度，也可以叫做总的干涉图采样帧数，与N值有关。
为了增加误差抑制能力和对目标谐波信号的相位解调能力，窗函数的序列长度K可以设定为基频信号周期长度的6倍，即在基频信号的总采样点数K＝6N，也即移相采样干涉图总帧数K＝6N。
在所述步骤2)中，基于离散傅里叶变换定理，谐波信号可以通过设计采样权重函数来提取；当采样权重函数能够有效地作用于目标信号的相应频率并且不引入其他的信号时，目标相位可以被解调，并且可以在频域中表示；采样权重函数如下所示：
其中ei(k)和fi(k)为对应第k幅干涉图的第i组干涉谐波信号的谐波采样系数。
对应谐波的采样系数ei(k)和fi(k)可由下面式得到：
将相应的谐波采样系数ei(k)和fi(k)分别代入上述(10)、(11)两式，并将(10)和(11) 式反正切即可分别得到各谐波信号的初始包裹相位；各组谐波信号的恢复初始包裹相位如下所示：
经过解包裹，消倾斜可恢复各谐波信号的初始相位分布为根据初始相位与波面起伏高度之间的关系，恢复相应波面；恢复的初始相位/>与恢复的波面起伏高度Wi’(x,y) 之间的关系式如下所示：
其中，Wi’(x,y)为对应(x,y)处的波面起伏高度值，也就是相位解调算法恢复出来的第i组干涉波面；
到此，相位解调算法基本结构构建完成。
在所述步骤2)中，以初始波长λ0为计量单位计算各组相位解调算法恢复波面Wi’(x,y) 与数值模拟的设定波面Wi(x,y)的残差的RMS值记为Ei，作为能够代表相位解调算法精度的依据。
在所述步骤3)中，依据步骤1)所建立的四表面干涉测量法测量透明平行平板的测量模型，将前腔长系数M1和后腔长系数M2分别以0.1为间隔递增取值，以当前采样参数N为取值终点，并相互组合。同时N的取值在8-30的迭代周期内，以1为间隔进行整数递增取值，这样便形成关于M1、M2和N的三维迭代结构。
在所述步骤3)中，对每一种M1、M2和N组合的相位解调算法波面重建误差进行分析，根据步骤2)中所述计算波面重建残差的RMS值。根据精度要求确定误差限值δ，当各组干涉波面重建残差的RMS值Ei都小于或等于δ时，即认为是满足误差精度要求，保存满足误差精度要求的组合。
在所述步骤3)中，根据傅里叶变换原理，以N为周期对存储的结果分别在M1和M2方向上进行空间二维延拓，进一步选择(M1，M2)组合下满足精度要求的最小N值，并使这些结果形成关于在任意腔长组合下选取满足误差精度要求的最少采样帧数的最佳移相采样参数矩阵。
在所述步骤4)中，在测量方法要求得到很好解决的情况下，需要考虑测量的具体实施硬件装置。硬件装置需要能够实现的功能有：便于调整放置被测透明平行平板和后参考镜的相对位置，能够准确测量前、后腔长值，从而能够有效提高多表面相位解调算法精度。在机械传动系统中，滚珠丝杠是具有高精度、高效率、低摩擦阻力的典型之一，能够很好地满足测量需求。因此，本发明基于滚珠丝杠螺母传动系统设计了测量装置，以两滚珠丝杠作为主动体，两连接被测透明平行平板和后参考镜的螺母分别随着两丝杠的转动产生直线运动。
实施例三：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图4-8，一种夹具导轨系统，能够使多表面移相算法适用于任意腔长下的移相值匹配，所述配套夹具导轨系统主要包括夹具、丝杠及丝杠附件装置和螺母部分；其中，夹具的夹具上底板19的螺栓24和夹具下底座20的V型块可对圆形被夹持件三点完全定位；夹具的连接部件中的压缩弹簧18可对被夹持件起到保护作用，并方便夹持过程的安全实施；丝杠包括第一丝杠4和第二丝杠7，螺母部分包括第一螺母5和第二螺母6，其中第一螺母5包括螺母体、套筒和连接板，其套筒部分可固定夹持有待测透明平行平板的夹具，其螺母体和套筒通过连接板焊接为一体并分别与第一丝杠4、第二丝杠7匹配，使得第一螺母5的螺母体部分在与第一丝杠4的传动中，带动附有被测件的套筒部分在第二丝杠7上进行直线运动；第二螺母6可固定夹持有后参考镜的夹具与第二丝杠匹配，以此实现被测件和后参考镜在第二丝杠7上的独立控制运动。
在本实施例中，所述夹具包括夹具上底板19、夹具下底座20和连接部件；所述夹具上底板19的几何中心有螺纹孔，夹具下底座20的上部有V型块结构，被夹持圆形件通过夹具上底板的螺栓24和夹具下底座20的V型块实现三点完全定位；夹具下底座20整体为“工”型结构，在“工”型底板两端开设螺纹孔，便于与螺母装配连接；所述夹具装置的连接部件包括螺柱17、六角螺母23、垫片22、压缩弹簧18；利用螺柱17对夹具上底板19和夹具下底座20通过螺纹进行连接支撑，并使用六角螺母23对螺柱17进行紧固，设置垫片22防止松动；在六角螺母23、垫片22和夹具上底板19之间增加压缩弹簧18，在螺柱17连接较松弛的状态下，实现保护被夹持件的作用，并实现在夹持过程的安全实施。
在本实施例中，所述丝杠及丝杠附件装置主要包括第一丝杠4、第二丝杠7、丝杠底座3、表盘1、手摇盘2，所述第一丝杠4和第二丝杠7的结构尺寸参数完全相同，丝杠底座3为一对平行放置的底座，开设有与丝杠外径尺寸相匹配的孔，同时设置于靠近第一丝杠4和第二丝杠7的端部；在第一丝杠4和第二丝杠7的不同端分别安装手摇盘2，并加装表盘1结构，便于对丝杠旋转角度进行测量，可根据螺纹导程计算螺母直线运动距离，实现对被夹持件直线运动距离的精准测量。
在本实施例中，所述螺母部分包括有第一螺母5和第二螺母6；所述第一螺母为由螺母体、套筒和连接板三个部分焊接组成的整体以及螺母盖；所述第二螺母6与第一螺母5的螺母体结构、尺寸相同；螺母体滚珠11在滚道内循环运动，其上半部分开设有弧形冷却槽10 和注水口9，防止因摩擦热过高引起滚珠损坏，其下半部分开设有弧形油道12，对螺母内部滚珠等元件进行润滑，开设的堵油口13防止油液漏出；螺母体通过六根均匀分布的连接螺钉 8与螺母盖15进行连接，螺母盖15和螺母体之间有密封垫14，用于防止外部污染物进入螺母内部；第一螺母5的螺母体的螺纹与第一丝杠4的螺纹相匹配，套筒部分圆形通孔与第二丝杠7的轴体为间隙配合；螺母体与套筒通过连接板焊接在一起，并保证螺母体孔径中心与套筒孔径中心的距离同丝杠底座两孔径距离相等；第一螺母的套筒和第二螺母上方均开设有两个螺纹孔，与夹具进行连接。
在本实施例中，待测透明平行平板和后参考镜分别被夹持在两个夹具上，并分别通过连接螺钉21装配在第一螺母5的套筒和第二螺母6上。第一丝杠4和第二丝杠7分别安装在丝杠底座上，第一螺母5的螺母体安装在第一丝杠4上，套筒部分安装在第二丝杠7上，第二螺母6也安装在第二丝杠7上。当放置装配好的硬件系统时，应使得安装有夹持待测平行平板的第一螺母5在靠近干涉仪位置处。
本实施例选择滚珠丝杠这种高精度传动系统保证元件运动距离测量的准确性，并通过螺母体焊接套筒的结构实现了将夹持待测平行平板的夹具同夹持后参考镜的夹具放置在同一丝杠上，这样更加便于精确的测量后腔长值，进一步通过计算被测平行平板在丝杠上距离原点的移动距离加上前参考镜到达导轨原点的测量值的和便可以得到比较精确的前腔长值。
实施例四：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，本实施例目的在于基于四表面干涉测量法的透明平行平板测量，其实现过程步骤如下：
按照图1所示建立最佳移相采样参数矩阵；
如图9为建立的在一定误差阈值下满足误差要求的M1、M2和N组合结果图，此处选择Ei<＝0.01×λ0，其中X坐标为被测件前腔长系数M1，Y坐标为被测件后腔长系数M2，Z坐标为当前腔长系数组合下满足误差精度要求的最小可用采样参数N；
根据四表面测量法将待测透明平行平板和后参考镜放置在所发明的夹具导轨系统上，夹具导轨系统设计如图4-8所示，待测透明平行平板以及前后参考镜的相对位置如图3中的图a 所示；
按照图2所示进行透明平行平板各相位解调；
载入最佳移相采样参数矩阵；计算当前测量条件下的M1，M2值；判断当前M1，M2值是否在最佳移相采样参数矩阵范围内：
若在，则根据最佳移相参数矩阵定位当前的M1、M2值，并寻找当前满足误差精度要求的最小可用N值；
若当前N值为0，则表示当前M1、M2组合在所创建的最佳移相参数矩阵中可能没有可用的N值；此时可以通过改变建立最佳移相采样参数矩阵过程中的某些参数，比如减小M1、M2和N的递增间隔值或者增大N值的可取范围。但是此时最为简单的方式应该是适当地改变待测平行平板与前、后参考面的相对位置，通过改变当前的M1、M2，重新在最佳移相参数矩阵中寻找最小可用N值。
当获取到最小可用N值后，根据本实施例所采用的6N算法，决定应该捕捉的干涉图帧数K为6N；通过波长移相干涉仪捕捉所需的移相干涉图；通过前述内容提到的多表面相位解调算法，对透明平行平板的多表面信息分离，并对各表面进行相位解调；对获取的包裹相位进行解包裹和消倾斜操作，可以得到各干涉面的恢复初始相位，并对其进行波面重建。分别记为W1’～W6’。其波面分别对应如本发明步骤中所述。
在夹具导轨系统上取下待测透明平行平板，保证前、后参考面的相对位置不变，按照图 3中的图b所示进行空腔干涉测量。同样采集K幅相等的移相值的干涉图，并同样用相同的方法对包裹相位进行解包裹和消倾斜操作，得到干涉条纹的初始相位，并对其进行波面重建，记为W7’,其波面信息为T2-T1，两干涉面之间的光程差为t1+d+t2。
根据各波面重建结果可以获取到被测平行平板前、后表面形貌，厚度变化信息和不均匀度信息。如图10所示为依据仿真结果的透明平行平板的形貌的求解误差。
其中，被测透明平行平板恢复前表面形貌为：
其中，被测透明平行平板恢复后表面形貌为：
其中，被测透明平行平板恢复厚度变化信息为：
其中，被测透明平行平板的恢复不均匀度为：
本实施例适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法，通过基于四表面干涉测量方法下的最佳移相采样参数矩阵构建的方法，为任意测量位置下的透明平行平板测量提供最佳的移相采样参数，并通过对测量的硬件装置进行设计，使本实施例方法更加有效的实施，从而使被测件测量位置不受传统多表面相位解调算法限制，在保证精度的前提下达到灵活的测量的目的。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法，其特征在于：包括一种能够适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法以及可以对前、后腔长进行独立调整的夹具导轨系统；
所述的能够适用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法包括以下步骤；
I.根据四表面干涉测量方法和多表面相位解调算法特性，对一定范围内的前、后腔长系数组合进行移相值匹配，进而构建最佳移相采样参数矩阵；
II.利用所述的夹具导轨系统调整被测件与前、后参考镜的相对位置，对当前的前、后腔长系数进行测量计算，并设定被测件的折射率信息，调用最佳移相采样参数矩阵，从而确定最小可用采样参数；
III.根据所选采样参数以及多表面相位解调算法要求，确定干涉图总采集帧数，再进行波长调谐移相干涉图采集，通过多表面相位解调算法实现对被测件各表面形貌恢复；
所述的夹具导轨系统主要包括：夹具、丝杠及丝杠附件装置和螺母部分；
其中，夹具的夹具上底板(19)的螺栓(24)和夹具下底座(20)的V型块可对圆形被夹持件三点完全定位；夹具的连接部件中的压缩弹簧(18)可对被夹持件起到保护作用，并方便夹持过程的安全实施；丝杠包括第一丝杠(4)和第二丝杠(7)，螺母部分包括第一螺母(5)和第二螺母(6)，其中第一螺母(5)包括螺母体、套筒和连接板，其套筒部分可固定夹持有待测透明平行平板的夹具，其螺母体和套筒通过连接板焊接为一体并分别与第一丝杠(4)、第二丝杠(7)匹配，使得第一螺母(5)的螺母体部分在与第一丝杠(4)的传动中，带动附有被测件的套筒部分在第二丝杠(7)上进行直线运动；第二螺母(6)可固定夹持有后参考镜的夹具与第二丝杠匹配，以此实现被测件和后参考镜在第二丝杠(7)上的独立控制运动；所述移相值匹配主要包括四表面干涉测量算法的误差分析和最佳移相采样参数矩阵建立；
所述四表面干涉测量算法的误差分析的步骤主要包括为：
a.基于Zernike多项式和对被测件同时具有前、后参考镜下的干涉情形进行模拟，分别对包括被测件前表面、后表面、厚度变化以及表面材料特性不均匀分布信息在内的四表面进行干涉模型的建立；
b.基于前、后腔长系数与采样参数的组合关系，使用能够对透明平行平板进行多表面相位求解的移相测量算法，对所有干涉谐波信号初始相位进行求解，并恢复相应的干涉波面，以所模拟的干涉模型为理论值进行波面求解误差分析；
所述最佳移相采样参数矩阵建立的步骤主要包括为：
①.构建关于前、后腔长系数和采样参数的三维迭代结构；
②.计算每种组合下的波面重建误差，并根据测量精度要求设定误差阈值，保存重建误差小于误差阈值的组合；
③.利用傅里叶变换，对保存的前、后腔长系数和采样参数组合进行分别沿着前、后腔长系数方向以当前组合的采样参数为周期进行二维周期延拓；
④.进一步选择在前、后腔长系数下满足精度要求的最小采样参数，使这些组合形成关于在任意腔长组合下选取满足误差精度要求的需最少采样帧数的最佳移相采样参数矩阵。
2.根据权利要求1所述的用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法，其特征在于：在移相值匹配过程中，需对不同的前、后腔长系数和采样参数进行三重迭代；先对前、后腔长系数进行二重迭代，在其组合迭代过程中代入采样参数的迭代；前、后腔长系数迭代步长均设定为0.1，迭代周期均为当前组合的采样参数，采样参数的迭代步长设定为1。
3.根据权利要求1所述的用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法，其特征在于：在确定最小可用采样参数过程中，设定当前腔长系数测量计算值的向上一个步长内的矩阵内可取值为当前前、后腔长系数值，并依此组合在建立的最佳移相采样参数矩阵中确定最小可用采样参数。
4.根据权利要求1所述的用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法，其特征在于：在确定最小可用采样参数过程中，若在建立的最佳移相采样参数矩阵中无对应当前腔长系数组合的采样参数，可减小采样参数的迭代步长。
5.一种夹具导轨系统，实施权利要求1所述用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法，其特征在于：所述夹具包括夹具上底板(19)、夹具下底座(20)和连接部件；所述夹具上底板(19)的几何中心有螺纹孔，夹具下底座(20)的上部有V型块结构，被夹持圆形件通过夹具上底板的螺栓(24)和夹具下底座(20)的V型块实现三点完全定位；夹具下底座(20)整体为“工”型结构，在“工”型底板两端开设螺纹孔，便于与螺母装配连接；所述夹具装置的连接部件包括螺柱(17)、六角螺母(23)、垫片(22)、压缩弹簧(18)；利用螺柱(17)对夹具上底板(19)和夹具下底座(20)通过螺纹进行连接支撑，并使用六角螺母(23)对螺柱(17)进行紧固，设置垫片(22)防止松动；在六角螺母(23)、垫片(22)和夹具上底板(19)之间增加压缩弹簧(18)，在螺柱(17)连接较松弛的状态下，实现保护被夹持件的作用，并实现在夹持过程的安全实施。
6.根据权利要求5所述夹具导轨系统，其特征在于：所述丝杠及丝杠附件装置主要包括第一丝杠(4)、第二丝杠(7)、丝杠底座(3)、表盘(1)、手摇盘(2)，所述第一丝杠(4)和第二丝杠(7)的结构尺寸参数完全相同，丝杠底座(3)为一对平行放置的底座，开设有与丝杠外径尺寸相匹配的孔，同时设置于靠近第一丝杠(4)和第二丝杠(7)的端部；在第一丝杠(4)和第二丝杠(7)的不同端分别安装手摇盘(2)，并加装表盘(1)结构，便于对丝杠旋转角度进行测量，可根据螺纹导程计算螺母直线运动距离，实现对被夹持件直线运动距离的精准测量。
7.根据权利要求5所述夹具导轨系统，其特征在于：所述螺母部分包括有第一螺母(5)和第二螺母(6)；所述第一螺母(5)为由螺母体、套筒和连接板三个部分焊接组成的整体以及螺母盖；所述第二螺母(6)与第一螺母(5)的螺母体结构、尺寸相同；第一螺母(5)的螺母体的螺纹与第一丝杠(4)的螺纹相匹配，套筒部分圆形通孔与第二丝杠(7)的轴体为间隙配合；螺母体与套筒通过连接板焊接在一起，并保证螺母体孔径中心与套筒孔径中心的距离同丝杠底座两孔径距离相等；第一螺母(5)的套筒和第二螺母(6)上方均开设有两个螺纹孔，与夹具进行连接。
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