大尺寸光学元件在位动态干涉拼接测量系统

为了满足车间条件下大口径光学元件的高精度在位、在线检测的迫切需求,本文构建了一个适于一般环境下应用的动态干涉拼接测量实验系统。该系统由动态干涉仪、二维移动平台、控制系统及拼接软件等部分构成。应用该系统对200mm×300mm×20mm的光学元件在一般应用环境下进行了拼接测量实验,采用误差均化拼接算法进行拼接,并对拼接后的结果进行分析处理,比较拼接测量与全口径测量结果,PV值的相对误差为3.1%,RMS值的相对误差为1.6%,Power值的相对误差为2.1%。该系统为在车间环境下建立大口径光学元件在位检测建立了基础。     

大尺寸衍射光学元件的扫描离子束刻蚀

总结了大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀技术的研究进展。针对自行研制的KZ-400离子束刻蚀装置,提出了组合石墨束阑结构和多位置分步刻蚀策略来提高离子束刻蚀深度的均匀性,目前在450mm尺寸内的刻蚀深度均匀性最高可达±1%。建立了针对多层介质膜光栅的衍射强度一维空间分布在线检测系统以及用于透射衍射光学元件离子束刻蚀深度的等厚干涉在线检测系统,实现了对大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀终点的定量、科学控制,提高了元件离子束刻蚀工艺的成功率。利用上述技术,成功研制出一系列尺寸的多层介质膜光栅、光束采样光栅、色分离光栅以及同步辐射光栅等多种衍射光学元件。     

散斑的测量应用

一、前言当激光射到扩散面上时,由于向各处散射的大多数的光波以不规则的相位彼此干涉,故产生散斑图形。虽然散斑图形看起来很象光学噪声,但它却能清楚地识辨表面。这种识辨使用类似于相关解析的统计方法。散斑的测量正成为激光测量应用的一种有力手段。本文简单介绍散斑的基本性质、测量应用的基本原理和现状。二、散斑的特性及其应用方法从应用方面来说,散斑有以下重要的特     

用数字散斑相关技术研究压痕尺寸效应

采用数字散斑相关技术计算了被测表面硬度压痕周围的塑性变形场特征,结合不同显微硬度测试方法的结果及有限元模拟结果,系统讨论了压痕尺寸效应问题.结果表明:在不同测试条件下,被测表面压痕周围的变形表现出两种状态,并且与载荷有关,使表面变形方向改变的载荷与产生压痕尺寸效应时的载荷是比较接近的;说明现有压痕计算在建模时不论载荷大小,而采用一种模型是不合理的,即当压头压入材料的深度不同时应该采用不同的模型进行分析计算.     

光学元件外径的机器视觉测量技术研究

基于机器视觉技术,采用平行光投影获取光学元件轮廓图像,通过行扫描提取目标,使用最小二乘线性回归边缘检测方法,将直线边缘定位精度达到亚像素级别,使测量精度达到微米级。实验结果表明,采用机器视觉的非接触测量方法可以实现对光学元件外径的快速准确测量。     

基于散斑干涉的相位测量技术研究

本文对几种基于散斑干涉方法的相位测量技术进行了研究与比较,包括时间相移法、空间相移法、空间载波相移法以及空间载波傅立叶变换法,分析和比较了这些方法的优缺点,并对时间相移法和空间载波傅立叶变换法进行了试验研究。     

散斑干涉条纹测量系统设计

为了测量散斑干涉条纹,从而计算出被测物体的微位移,提出了一种基于AT89S52芯片的解决方案。运用单片机驱动步进电机,精准控制光敏传感器的移动,利用传感器判定暗条纹中心,结合软件进行实时处理,获得再现干涉条纹间距。实验结果表明,该设计方案对散斑位移的测量精度可达0.001mm。     

光学经纬仪大尺寸三坐标测量系统的分析研究

介绍光学经纬仪大尺寸三坐标测量系统的原理、组成以及数据采集分析,探讨光学经纬仪空间三维坐标移动测量系统及测量分析软件,以实现如汽车车身、轮船船体、机床导轨等加工制造中大距离的在线检测.     

大尺寸铸件视觉测量拼接技术

针对大尺寸铝合金铸件的视觉测量,研究了图像拼接方法。首先利用经过标定的摄像机采集多幅具有重叠区域的序列图像,然后使用Harris和RANSAC算法提取精确特征点,并进行相邻图像重叠区域的特征点匹配,生成了完整的工件图像,最后,通过实验验证了该方法的可行性。     

基于公共光学基准的大尺寸空间角度测量关键技术

提出了基于公共光学基准的大尺寸空间的角度测量方法。通过在数米至十几米的大尺寸空间内建立公共光学基准,结合视觉测量和计算机图像处理技术,借助测量公共方向基准与各个几何元素之间的夹角,可简便地实现对大尺寸空间的异面几何元素之间夹角的测量。分析了建立公共光学基准的方法。按照所提出的测量方法,对相距7m的两条异面直线的空间夹角成功地进行了现场测量。     

大口径光学元件斜入射反射波前误差测量和计算

针对测量高功率激光驱动装置中大口径矩形反射光学元件的波前误差时测量角度和使用角度不完全相同引入的测量误差,提出了将测量角度下的反射波前转换到使用角度的反射波前的换算及恢复方法。首先分析了将斜入射测量角度下的波前转换到使用角度下波前的余弦换算方法,得到了实际测量角度与实际使用角度下的波前误差计算关系;然后计算并分析了双三次插值算法本身引起的中频PSD1(功率谱密度)误差,指出在满足有效口径测量的情况下,选择的入射角度应该与实际使用的角度尽可能的相接近。最后,基于410mm×410mm的熔石英反射镜开展了误差分析和实验验证。利用该方法将0°反射波前换算到45°反射波前,并将得到的测试结果与45°直接测量得到的测试结果进行了比较。结果显示上述结果的PV值相差0.01λ,RMS值相差0.003λ,PSD1值相差0.08nm;表明该换算方法不仅能够准确计算出使用角度下反射波前的低频误差,而且能获得相对准确的中频段PSD1误差。     

深孔内轮廓尺寸光学测量系统

针对深孔类零件对内轮廓尺寸的检测要求较高,而目前所采用的测量方法不是分辨率太低就是测量效率较低的问题,研究了一种用于深孔内轮廓尺寸的光学测量系统,该系统主要由环形激光发生器、扩束锥镜、成像锥镜和CCD相机组成。环形激光发生器发出的环形激光照射到扩束锥镜上,经反射后投影到深孔内轮廓某断面处形成一个环形光斑,该环形光斑的形状反映了深孔内轮廓某一处断面的形貌,并经过扩束锥镜反射后在CCD相机的光敏面上成像,经过处理和计算可以得到深孔内轮廓的尺寸。试验证明,该系统可以有效快速地实现对深孔内轮廓尺寸的测量,并能够保证较高的测量精度,在改善误差影响因素和采取相应的误差补偿办法后,可以进一步提高测量精度。     

大尺寸环件高温测量技术研究

大尺寸环件毛坯在高温下轧制成型,为控制环件毛坯的形状、尺寸,需对环件进行在线测量,由于被测工件温度高,故采用激光非接触式测量。文章采用直射式激光位移三角法测量环件厚度,用激光测距法测量环件外径和内径,分别讨论了直射式三角法测量原理和激光测距原理;针对被测工件温度高以及环境温度高的特点,分析了温度对测量精度的影响,提出了提高测量精度的措施。     

大口径光学元件超精密加工技术与应用

大口径光学元件超精密加工技术是多种学科新技术成果的综合应用,促进了民用和国防等尖端技术领域的发展,在国家大光学工程的推动下,我国的超精密加工技术取得显著的成果。围绕大口径光学元件“高精度磨削＋确定性抛光”超精密加工体系,介绍该领域研究进展及厦门大学微纳米加工与检测联合实验室取得的相关研究成果,主要针对光学元件磨削和抛光两个加工流程,详细分析磨削装备技术、磨削工艺技术、精密检测技术、可控气囊抛光技术、加工环境监控技术和中频误差评价技术等关键技术的研究应用情况。这些技术研究从超精密加工的需求出发,借鉴国内外的研究经验和成果,通过对装备、工艺、检测等各方面整合,形成具有自主知识产权的大口径光学元件磨抛超精密加工体系,从而实现大口径光学元件高精度、低缺陷加工。     

测量光学元件表面粗糙度的取样问题

根据统计规律,通过对在ZYGOMaxim·3D5700非接触表面轮廓议上测试的6种光学元件表面大量的rms（root－mean－square）数据分析的基础上,认为,在未引入“大”疵病的前提下,被测表面按口径大小和光滑程度取一定的采样区域数就足以表征整个表面的粗糙程度,无需因采样区域数偏少怀疑结果的代表性而添加许多测试区域数。为了反映光学元件整个表面轮廓起伏程度,作者推荐测试结果以rms±σ表征为宜。     

大孔径尺寸的测量

我厂的产品中有一零件如图1所示,其内孔尺寸φ280_0~( 0.08),因精度等级较高,对外圆又有一定的同轴度要求。查有关的计量器具选择原则:根据产品公差φ280_0~( 0.08)得出其计量器具的不确定度允差为0.0054。同样再查得内径千分尺分度刻度值为0.01的计量器具的不确定度允差为0.013。因此不能满足该零件的测量和使用要求。因此作者利用三点共圆的原理设计并制作了如下的专用量具如图2所示。获得了满意的效果。     

分段法测量大尺寸样板

在工厂车间里,经常会碰到尺寸大于200mm的精密样板的测量,而万能工具显微镜纵向测量长度最大只有200mm,由于样板的形状特殊(图1),用量块组也不好测量,我们采取了分段测量法,制作如图2所示的辅助样板,既操作方便,又能保证测量精度。制作辅助样板时,l等于被测样板的实际厚度l_实;90°的两个面(可留空刀槽)表面粗糙变为Ra0.2尺寸30±0.01mm的两测量面a、b表面粗糙度为Ra0.025;两测量面的平行度不得大于0.5μm;其尺寸在立式光学     

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.     

散斑干涉法测量机械零件热变形

近年来散斑计量技术发展迅速,已在许多领域得到了广泛应用。本文简要介绍了运用电子散斑干涉法的测微原理,以及组建光学测试系统来实时全场测量机械零件热变性。