大口径精密光学元件表面疵病检测系统研究

根据大口径精密光学元件表面疵病检测的工程特点,提出了一种基于优化模糊相似度算法的案例推理疵病识别法,解决了疵病图像获取中的摄像机平面移动定位、自动调焦和图像拼接等自动检测技术问题,研制了基于机器视觉的大口径精密光学元件表面疵病检测系统.实验结果表明,以上算法和技术是正确的,达到了理想的效果,可推广应用到其他材质的精密表面缺陷检测中.     

大口径大曲率半径光学元件的高精度检测

针对目前已有的光学检测设备无法实现大口径大曲率半径光学元件高精度检测的问题,提出利用长程轮廓仪(LTP)来进行大口径大曲率半径(正、负)光学元件的精确测量,并通过实验证明了L,TP检测大曲率半径光学元件的优势.分析计算了LTP测量曲率半径的算法精度,设计了合理的机械结构进行旋转测量,得到了全口径的曲率半径分布.最后与球...     

光学元件表面的数字全息在线检测

针对光学元件表面质量在线检测的特点,设计了基于数字全息的三维再现检测系统.该系统采用离轴光路,避开了被测元件的光轴,在数字全息再现过程中应用倾斜相差补偿技术去除了由于离轴检测引入的倾斜相位畸变.在检测过程中,利用围绕光轴旋转被测元件的方法来改变入射照明光方向矢量和相应的观察方向,实现了多照明矢量合成孔径技术的应用,扩展了系统的检测距离,提高了系统分辨率.同时,多照明角度下检测数据的叠加,还有效地抑制了检测过程中出现的散斑噪声对结果准确度的影响.通过对分辨率板、高精度玻璃反射镜的检测实验,验证了该系统在光学元件表面检测中的作用.当记录距离为40 cm时,其分辨率能够达到10 μm,满足光学元件表面检测的需要.     

大口径光学元件的机械手抛光

为满足大口径光学元件多模式组合加工技术(MCM)的需要,研制了JP-01型数控抛光机械手。该机械手采用柱坐标结构,ρ-θ极坐标运动方式,ρ、θ两轴联动完成MCM加工所需各种运动。运用齐次坐标变换理论和Preston方程,在分析机械手抛光过程中工件表面上任意一点的相对速度、压强及抛光时间的基础上,建立了机械手抛光的材料去除数学模型,同时求解了JP-01型机械手的位姿转换矩阵。运用所建立的数学模型对MCM加工中修正环带误差和局部误差时单个抛光盘常用运动模式的材料去除特性进行了计算机模拟。应用JP-01型机械手对一口径为240 mm,F数为1.5的球面反射镜进行了确定性抛光实验,最终面形精度达到14.6 nm(RMS)。实验表明,所测得数据与理论分析数据吻合,建立的数学模型能真实反映材料去除分布特性,可以指导抛光实现确定性加工,JP-01型机械手能够提供MCM加工所需运动形式。     

大口径平面光学元件的磁流变加工

为了实现大口径平面光学元件的高精度加工,开展了磁流变加工技术的研究。介绍了磁流变加工原理及去除函数的数学模型。根据磁流变加工的特点,建立了元件整体加工的工艺流程,给出了元件加工的工艺要素。然后,开发了抛光斑的提取软件,并基于轨迹段划分的速度模式开发了工艺软件,分析了工艺软件的各项功能模块。最后,基于元件加工的工艺流程,对一件800mm×400mm的元件进行了加工实验。利用检测设备测得了元件的低、中、高频的加工指标,其低频反射波前PV值为34nm,中频波前功率谱密度(PSD1)值为1.7nm,高频粗糙度Rq值为0.27nm。实验显示了较好的实验结果,验证了利用磁流变加工技术实现了大口径光学元件的高精度加工的可行性。本文还阐述了磁流变加工技术在高功率激光元件中应用的优点。     

大口径光学元件高精度平面磨床加工系统研究

以实现高精度、高效率、高自动化程度加工为目的,基于高精度平面磨床MGK7160的加工系统,详细分析了加工规划控制、计算机辅助制造软件系统开发、砂轮修整及动平衡、在位测量等关键配套工艺技术。在已有设备及配套工艺基础上利用400#粒度金刚石圆弧砂轮,实现口径400mm×400mm平面光学元件的加工,获得了较好的加工精度,验证了机床及加工技术系统的可靠性。     

大口径光学元件透反射检测调整工装的研制与分析

为了检测光学元件面形精度和波前功率谱密度,研制开发了一套具备透射和反射检测功能的检测调整工装。该调整工装把光学元件及其旋转板、支撑座的重量通过连接板和杆端球面联结器传递到基座上,俯仰调节机构和偏摆调节机构只起调节作用而不需承受上述重量的影响,增加了姿态调节时的便捷性和稳定性。介绍了调整工装的结构设计,对调整工装的运动仿真、模态及稳定性进行了分析。使用该工装测量的结果为,410mm×410mm的大口径光学元件反射检测的PV为2.17μm,透射检测的PSD1为3.84nm,与已知测量结果的标准KDP晶体基本相同,说明该透反射检测调整工装测量结果真实可靠。     

中科院自动化所汽油在线调和技术将用于燕山石化

中国石化燕山石化公司正同中科院自动化所合作,增设汽油在线调和装置。据了解,该项目投用后,不仅可提高Ⅳ排放标准汽油的产量,保证北京奥运会对低硫清洁燃料的需求,而且有利于降低燕山石化汽油生产调和成本。     

大口径平面光学元件波前梯度数控抛光

针对改善光学元件的波前梯度均方根指标,在总结面形精度及面形分布对波前梯度指标影响规律的基础上,提出了基于匀滑面形拟合加工的方法,给出了该方法的基本思想和工作流程。首先,对原始面形数据进行扫描计算,标记波前突变数据。然后,采用NURBS拟合算法重构相邻面形突变点之间的数据,生成用于指导加工的面形数据。最后,根据待加工面形数据选择相应参数进行面形加工。采用多件610mm×440mm口径K9材料平面反射镜进行实验验证。实验结果表明,使用该方法进行数控加工,在2～3个加工周期内可使波前梯度均方根指标从11nm/cm收敛至7.7nm/cm以内,且面形几乎保持不变。     

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。     

光学元件表面缺陷检测方法研究现状

随着科学技术的发展,人们对光学元件的表面粗糙度和表面面形精度提出了越来越高的要求,光学元件表面缺陷检测技术也受到了广泛重视。通过简述表面缺陷的类型,强调了缺陷给光学系统带来的危害,由此分析和讨论了目前国内外对光学元件疵病的检测方法,并指出各种方法的优缺点,同时对机器视觉技术在疵病检测方面的应用进行了介绍,还探讨了光学元件表面缺陷检测技术未来发展需要注意解决的问题。     

一种光学元件在线检测系统的设计

介绍了一种平面度的在线检测方法,针对常见的平面光学元件,根据光学自准值原理设计了一套平面度在线检测系统。通过实验,该系统能够完成实时在线测量,且测量结果准确。该系统具有原理简单,方法简便,使用灵活等优点。     

神光Ⅲ精密光学元件表面广义洁净度检测

根据神光Ⅲ实验样机里的精密光学元件表面实际特点,提出了综合考虑其表面疵病和颗粒残留物的广义洁净度概念及其检测方法,阐述了广义洁净度的含义并提出了具体计算过程.研究了适合多种元件尺寸的检测装置,并利用图像里面不同组织具有不同灰度级实现图像分割,通过提取检测对象的几何、灰度及变换域空间的特征,构成待检测向量,采用支持向量机(SVM)方法进行识别.广义洁净度概念的提出和实现过程,对实际监测精密光学元件表面的质量并分析其损化变迁过程具有重要意义.     

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.     

球面光学元件表面疵病检测技术研究

针对现有球面光学元件表面疵病检测技术研究较少的情况,根据疵病对光的散射特性,提出了一种基于机器视觉技术检测球面光学元件表面疵病的方法。实验分析了光照角度、光强大小和球面光学元件曲率半径对疵病散射光成像质量的影响。并对口径为Φ14mm,曲率半径为13mm的球面光学元件表面进行了检测,实验表明,该技术对元件样品上10μm以下的表面疵病可进行有效的检测。     

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。     

光学元件表面污染物检测仪系统研究与开发

针对光学元件表面污染物,设计了污染物检测仪系统.阐述了系统硬件和软件的构成,简单介绍了污染物图像的处理,分析了相机在扫描过程中的运动控制,以及高精度的运动控制的实现.最后提出了污染物与疵病区分的理论与方法.     

基于图像拼接的惯性约束聚变终端光学元件在线检测

针对惯性约束聚变(ICF)终端光学元件的高精度在线检测,提出了一种基于图像拼接的检测方法。该方法主要包含图像配准及图像融合两个部分。在图像配准部分,采用基于局部损伤点特征匹配的方法来解决在线检测图像中信息过少,以及子图像间存在曝光差异的问题,并将检测系统的运动信息应用到配准过程中,提高了检测精度及效率。在图像融合部分,采用泊松融合的方法来消除曝光不均匀所产生的"拼接线",实现了检测图像的"无缝拼接"。用本文算法与尺度不变特征变换(SIFT)算法对ICF终端光学元件在线检测(Final Optics Online Inspection,FOOI)图像进行了实验对比,结果表明,本文提出的图像配准方法优于SIFT算法。通过4×4方式得到的拼接图像显示,本文方法可以大幅度提高ICF系统中FOOI装置的检测分辨率。