一种新型垂直扫描白光显微干涉测量仪

研究开发了一种新型垂直扫描白光显微干涉测量仪。基于Linnik显微干涉结构,设计了干涉测量仪的显微干涉系统,介绍了干涉系统的工作原理;设计了Z向一维位移工作台,介绍了其结构和驱动原理;分析了测量仪的工作原理,并采用标准样板对测量仪的测量精度进行了验证。     

采用立体视觉的子孔径拼接测量工件定位

为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量,提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法,建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统,对该系统的数学模型、测量原理以及基于四元数法的位姿变换矩阵求取方法进行了研究。首先,介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理,并基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求,接着引入了立体视觉辅助测量系统,建立了其通用测量模型,利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标,在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵,然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下,完成大口径光学元件的全局测量。最后利用该系统实现了对口径为150mm平面和100mm球面的检测。实验结果证明,在本系统中,立体视觉系统平移定位精度优于0.1mm,转动测量精度优于0.01度,能够给优化拼接算法提供一个有效的初始值,且该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且在其视场范围内不产生误差累积,方法简单实用,稳定可靠。     

等倾干涉法测量小孔径圆柱形腔特征长度

激光等倾干涉法是一种准确度较高的测量Fabry-Perot腔形式圆柱腔长的方法.对于一些需要进行小孔径腔体长度测量的情况,采用等倾干涉法受到腔体孔径、激光发散角、入射角等各种条件的限制.基于激光等倾干涉原理,分析了腔体孔径、激光发散角和倾斜角,聚焦透镜等对等倾干涉测量的影响,并计算分析了图像采集感光芯片最小的感光范围.计算和实验验证结果表明:对于长度分别为65 mm、80 mm、130 mm和160 mm的圆柱共鸣腔,腔体光学孔径最小半径为2.13 mm;激光发散角不应小于0.8°;感光芯片的感光范围应大于5 mm;同时得到了激光倾斜角和发散角的对应关系.该分析为了用于定程圆柱声学共鸣法准确测量Boltzmann常数的需要,同时可以为小孔径Fabry-Perot腔测量提供一些参考.     

采用立体视觉实现子孔径拼接测量的工件定位

为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量,提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法,建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统。介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理,基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求;引入了立体视觉辅助测量系统,建立了通用测量模型,利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标,在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵,然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下,完成大口径光学元件的全局测量。最后利用该系统实现了对口径为150mm平面和100mm球面的检测。实验结果证明,在本系统中,立体视觉系统平移定位精度优于0.1mm,转动测量精度优于0.01°,可为优化拼接算法提供一个有效的初始值,该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且不产生误差累积方法简单且可靠。     

子孔径拼接干涉的快速调整及测量

考虑高精度子孔径拼接干涉测量技术对自动化拼接的要求,提出了一种子孔径零条纹自动快速调节方法。分析了干涉条纹数量对拼接误差的影响,分析显示:当子孔径干涉条纹数量少于5条时,干涉仪回程误差小于λ/50(PV值)。对子孔径拼接测量装置进行了结构优化,提出了拼接位移台角位移偏差自动补偿方法,实现了各个子孔径的零条纹测量,进而控制了子孔径拼接的累积误差。对450mm×60mm长条镜进行了子孔径拼接干涉测量,结果表明:自动测量结果与手动调整零条纹测量结果在面形分布上更为一致;但前者测量速度及测量效率都有所提高,测量时间平均减少5min。提出的方法不仅能完成干涉拼接测量装置的自动定位及自动快速调整,还提高了测量重复性与检测效率。     

基于频域分析的抗振移相干涉测量

针对移相干涉测量中振动引起的移相误差和对比度变化,提出了一种从空间载波干涉图频谱中提取移相和对比度信息的方法。该方法通过分析载波干涉图频谱,从基带和边带中提取移相和对比度信息,运用最小二乘法补偿对比度变化并复原波前位相。最后采用构造平滑孔径函数对带有孔径的干涉图进行处理。数值仿真证明:提出的方法可以高精度检测移相量和对比度变化,能够有效补偿因对比度变化引起的位相复原误差。在频率为9Hz、幅度为0.5μm的简谐振动条件下实验验证了本文方法的实用性。结果显示:从受振动干扰的干涉图中复原平晶表面时,其复原误差PV值小于0.015波长。该方法无需硬件改动,有望为移相干涉测量应用于现场测量提供一种低成本的解决方法。     

用非零位补偿法检测大口径非球面反射镜

研究了利用圆形子孔径拼接和环形子孔径拼接检测非球面的方法,以实现非零位补偿法对大口径非球面的测量.分析和研究了该技术的基本原理,并基于齐次坐标变换和最小二乘拟合建立了综合优化和误差均化的拼接数学模型;分别开发了圆形子孔径拼接和环形子孔径拼接检测非球面的算法软件;设计和搭建了子孔径拼接干涉检测装置,并分别利用圆形子孔径拼...     

数字微波辐射计阵列二维成像控制系统设计

综合孔径微波辐射计利用干涉测量把小口径天线阵列综合成大的观测口径,是一种可以有效提高空间分辨率的无源微波遥感传感器.分析了综合孔径微波辐射计成像过程,采用一维孔径综合与机械扫描相结合的方法实现微波辐射成像,设计数字微波辐射计阵列成像的控制系统;用LabVIEW开发控制软件.实验结果表明:控制系统能够精确控制微波辐射计阵列进行二维成像,数据采集系统各通道之间的采样偏差为20 ps以下,扫描角度可以精确到0.1°.     

气动内径测量头位置误差的分析

现在机械行业所采用的气动测量,绝大多数是用来测量孔和轴的直径,其中测量孔径又占多数。这种气动测量头基本上是按照对向喷咀的原理设计的。在设计和制造测量头的过程中能否消除测量头的位置误差,即把位置误差控制在允许的范围内,是制造测量头成败的关键。本文介绍用对向喷咀原理设计的气动内径测量头位置误差产生原因的分析及其消除方法,以供参考。     

自旋润滑油膜测量系统

设计制造了一种纯自旋弹流润滑油膜测量系统,介绍了其油膜厚度多光束干涉测量原理和主要的机械结构组成。初步测量结果表明接触区在纯自旋条件下可形成弹流润滑油膜,出现扇形的对称气穴区。     

白光干涉表面结构测量仪的优化设计与应用

为测量微机电系统的表面结构,研制了一种基于白光干涉法的表面结构测量仪。设计了显微干涉仪,通过实验分析了显微干涉仪关键设计参数中的光源带宽、物镜数值孔径、孔径光阑大小对垂直扫描白光显微干涉测量中干涉条纹光强分布的影响;设计了Z向一维位移工作台,提出了一种以显微干涉图像灰度值归一化标准方差为依据的白光干涉测量条纹自动搜索定位方法。相关实验结果为白光干涉表面结构测量仪的优化设计提供了参考依据。     

基于单色光干涉的光刻胶膜厚测量方法

针对传统的通过转速与光刻胶膜厚的关系来大致判断膜厚范围的问题,研究了基于单色光干涉的光刻胶膜厚测量方法。基于光刻胶的基本特性,将油膜的膜厚测量方法应用在光刻胶上。基于薄膜干涉原理进行系统的光路设计以及光刻胶膜厚测量平台的设计。进行了干涉条纹自动计数算法的研究以及基于单色光干涉的相对光强原理的研究。最后搭建硬件系统和软件系统,对干涉条纹自动计数算法与单色光干涉的膜厚测量方法进行实验验证与分析,实现了光刻胶膜厚的快速精确测量。     

发动机智能测试系统的干扰分析与抗干扰设计

介绍发动机智能测试系统的工作原理,分析了发动机智能测试系统的高强度电磁干扰、空间辐射干扰、电源干扰、系统数字电路引起的干扰等干扰来源,从硬件、软件两方面介绍了发动机智能测试系统的抗干扰设计技术。     

加权多步波长移相算法研究

波长移相干涉技术通过改变光源的波长实现移相,可以克服硬件移相引入的误差,同时原理上可以实现多组干涉信号的分离。主要应用于大尺寸干涉仪及需要分离多表面干涉信号的系统中。加权多步波长移相算法是其主要的算法,中心思想是通过时域加入合适的窗函数,抑制寄生信号,提出包含轮廓或厚度信息的有用信号。文中介绍其设计思想,进行算法设计,并对一光学件进行了测试和比对。     

介质损耗变频测量仪原理与实现

介质损耗测量是电力系统检测高压电气设备的常规项目；变频测量是一种新的抗干扰技术。文中详细介绍了介质损耗变频测量仅变频测量的基本原理和系统设计的关键技术。     

数字式RFID天线场强测试系统的设计

介绍一种基于高性能AVR单片机ATmega8的数字式HF频段RFID天线场强测试系统的设计原理、制作方法，其特点是比传统场强测试仪的性价比更高，简单实用，并且能够通过上位机程序实时显示测试结果的动态曲线，最终实现了抗干扰性强、精度高的测试过程。     

机械零件三维表面形貌测量与评定的研究

介绍了机械零件三维表面形貌的测量与评定,分析了激光干涉式位移传感器的光学原理和干涉条纹信号的细分方法.激光干涉式位移传感器的精度达到了5nm左右.另外,带计量系统的二维工作台也是整个测量系统的关键部分.因为采用了光栅尺作为二维工作台的计量系统,所以在表面形貌的测量过程中二维工作台在X和Y两个水平方向上都能获得精确的定位.     

基于高斯拟合测量CCD灵敏度均匀性

在精密度要求较高的图像测量领域中,CCD灵敏度的不均匀对测量精度有较大的影响。因此,提出了一种基于小孔衍射原理的高斯曲面拟合像面光场测量CCD灵敏度均匀性的方法。由于CCD自身的物理结构设计不均匀性、响应非线性以及暗电流等噪声因素使得光响应偏离实际值,该方法通过对CCD像面上感兴趣光场域进行高斯曲面拟合来确定零点像素的灰度响应。对所有像素测量完成之后通过归一化即可计算出CCD灵敏度均匀性。实验结果表明:对所使用的CCD47-10系列,计算其CCD灵敏度均匀性为2.14%。该测量方法基本满足设计原理简单、稳定性可靠、抗干扰能力强的要求,完成了快速、自动测量。     

标准漫反射板绝对反射比因子测量装置

分析和研究了测量绝对反射比因子的原理,设计、制作了一套可以测量光源入射照度和反射辐亮度的比辐射计和一套45°/0°漫反射板绝对反射比因子测量装置。首先,使用比辐射计测量光源的入射照度和反射辐亮度,给出漫反射板绝对反射比因子的计算公式;然后,根据推导公式中辐射亮度由测量比辐射计的光阑面积决定,提出一种新的光学方法来精确测量光阑面积,从而提高测量精度。最后,介绍了测量装置的设计和其它部件的制作过程。采用该装置实验测量了安徽光学精密机械研究所研制的标准漫反射板在633～960nm的绝对反射比因子,得到的装置的测量不确定度为0.19%。实验结果表明,该测量装置测量方法简单、精度高,可以满足反射比因子的测量要求。