基于投影法检测光学元件面形的图形处理算法

基于线结构光扫描测量和立体视觉测量相结合的三维检测方法——投影法,能够快速准确地实现光学元件面形的在线检测,通过对采集图片的图像预处理,区域立体匹配分析,曲线拟合及面形实验等算法还原被测光学元件面形模型。实验结果表明,将这种方法用于检测光学元件可以真实还原光学元件三维外貌特性,具有实际应用价值。     

光学元件形貌的双波长干涉测量

本文提出了一种利用双波长激光干涉产生交叉的干涉条纹测量光学元件三维面形的方法.该方法可以有效地提取干涉图像中更多的数据点,恢复被测元件的三维形貌.一定程度上解决了大口径光学元件三维形貌测量中数据点密度不足的问题.     

多表面干涉下的光学元件面形检测

为了消除平行平板类光学元件的多表面干涉效应对元件面形测量的影响,提出了基于波长移相调谐技术与傅里叶变换原理的多表面干涉条纹检测技术.首先,根据波长移相原理和被测元件的厚度,按照推算出的被测腔长与元件厚度间的比例关系正确摆放被测元件的测试位置.然后,通过波长移相技术采集一组干涉图.最后,对这组多表面干涉图进行离散傅里叶变换,提取带有被测元件前后表面面形的频率信息以及厚度变化的频率信息,通过重构算法得到准确的面形信息和厚度信息.实验结果表明:与传统的13步移相算法相比,得到的前表面PV值和RMS值分别相差0.003和0.001,而后表面PV值与RMS值分别相差0和0.001.这些结果基本满足平行平板类光学元件面形的高精度测量与洁净测量的要求.     

一种光学元件面形三维重建的算法研究

为了在线检测光学元件面形,介绍一种基于线结构光扫描测量和立体视觉测量相结合的三维检测方法,目前这种方法多用于检测高反射率的物体,因此将该方法运用于检测光学元件面形是一种新的尝试。实验的三维重建算法是通过MATLAB和VC++软件共同编写程序实现的,实验结果表明,将这种方法运用于检测光学元件是可以真实还原光学元件三维外貌特性的,所以它的研究具有可行性和研究价值。     

提高自由曲面透镜测量精度的迭代重构曲面算法研究

在提出的基于图像变换的光学透镜的表面面形测量方法中，建立了造代重构曲面算法。算法根据待测透镜光学表面在光学成像系统中的图像变换特性，重构出与待测透镜光学表面具有相同图像变换特性的数值三维曲面簇，利用造代方法从中筛选出与待测透镜光学表面面形完全相同的数值三维曲面，解决了测量精度不足的问题。实验结果表明，使用该算法所构建的数值曲面与待测透镜光学表面的曲面面形能够准确相符。     

基于Canny算子的机械元件广义疵病无损检测系统关键技术

针对某大型实验装置机械及光学元件表面广义疵病的检测,采用无损检测方法实现了机械光学元件广义疵病的检测分析系统,并设计了机械三维电动平移台.在图像边缘提取中,采用基于Canny算子的边缘提取与阈值相结合的方式,提取元件表面图像信息,并由软件输出表面参数信息,相关实验证明系统达到设计要求.     

小型非球面轮廓测量仪的原理及应用

介绍了自行研制的FLY-I非球面轮廓仪的设计以及测量软件数学模型,其实用精度为1～2 μm.光学元件的抛光精度取决于精磨精度,本实验室现有的LOH高精度铣磨机床经过对第1次精磨后的光学元件面形进行修正,2次精磨后其精磨精度可达到2 μm.研究了这一非球面轮廓仪以配合LOH铣磨机床,测量得到1次精磨后的面形误差数据,经过误差反馈进行2次精磨,以保证光学元件的精磨精度.通过多次实验以及数据处理、分析,证明自行设计、装调的非球面轮廓仪达到了设计的精度要求,可满足实验室,光学加工车间对小型非球面精磨阶段面形的检测要求,即精磨面形误差在2 μm以内,同时也可直接用于中低精度非球面光学元件的最终检测.     

接触式大型非球面镜面形测量中测量点分布的确定

为准确有效地检测大型非球面光学元件的面形,研究了接触式测量光学元件的测量点分布方式.使用不同密度的径向分布及均匀分布的测量点分别对以不同Zernike多项式表示的面形偏差进行采样,然后计算采样所得面形相对给定面形PV值及RMS值的最大相对误差,并对计算结果进行了分析.对1.8m抛物面镜面形实测结果表明:在镜面加工的成型及粗磨阶段,由于面形偏差主要呈旋转对称分布,低密度径向分布测量点即可满足继续加工的检测需求;在精磨及初抛阶段,面形偏差主要为像散或其它非对称面形偏差,测量点均匀分布是提升测量精度的有效手段.此分析方法可以指导测量点的排布方式,从而确保由测量点分布引入的测量误差小于镜面本身面形误差的1/5,提高检测效率.     

数字莫尔移相干涉仪误差多点标定与修正研究

干涉测量在现有的光学元件面形检测方法中具有测量精度高的优势,应用相对广泛。但干涉仪元件的加工和装调误差会降低面形检测精度。提出一种利用夏克哈特曼波前传感器对实际干涉仪系统进行多点标定的方法,利用波前标定数据在光学设计软件ZEMAX中实现对虚拟干涉仪系统的修正,结合数字莫尔移相算法,消除实际干涉仪加工和装调误差的影响。选取平面镜和可变形镜作为待测镜分别进行面形测量实验,结果表明,标定和修正后的数字莫尔移相干涉仪系统检测精度提高,与Zygo干涉仪的检测结果相比,面形趋势保持一致且峰谷值(PV)值误差相差在0.07λ(λ=532 nm)以内。     

基于数字图像的曲线磨床尺寸检测系统

传统的光学曲线磨床的加工尺寸主要是依靠光学投影法检测,这里提出了基于数字图像的方法,采用图像边缘检测、亚像素定位技术、边缘轮廓提取等图像处理技术,在美国NI公司的Labview平台下开发图像尺寸检测系统.