一种超精密非球面在位测量方法

高面形精度非球面加工,离不开面形测量和误差补偿加工。离线测量容易导致工件装夹误差,并带来非加工时间增加。为解决这一问题,采用一种利用接触式的微小测头与激光干涉位移测量计相结合的在位形状测量装置,直接对磨削后的工件表面进行在位形状误差测量。介绍了该在位测量方法的原理及非球面测量过程,探讨了回转对称轴在半径方向的误差与测头倾角误差对测量误差的影响,并进行了补偿加工实验。对加工后的微小非球面进行了在位测量,并与超精密离线测量系统测量结果进行了比较。     

利用变形和形貌的关系测量三维形貌的方法

提出了根据变形测量和形貌测量的关系测量物体三维形貌的方法。利用电子散斑干涉(ESPI)测量物体面形时,物体偏转微小角度会引入附加的物面高度差,从而引入载波条纹。分析了物面偏转角度和附加高度差之间的关系,得出了物面相位和物面高度之间的映射关系。物面的相位由傅里叶变换法求得。对球冠面形进行了测量,实验表明,在物面上产生干涉载波条纹,进而测量物面面形,具有灵敏度高的优点。     

双波长激光干涉移相式测量长度技术研究

研究了应用移相干涉术测量新的一等量块的方法。对干涉图像进行多幅图的采样,由移相法计算量块测量面和与其研合的辅助平晶表面的波面面形,尤其研究了在量块干涉图中有阶跃不连续的波面复原运算的原理与技术,得到表征其表面的离散波差值,并给出量块工作面长度和长度变动量的测量结果。     

JPEG2000对PMP图像压缩效果的定量研究

探讨了新一代静态图像压缩标准JPEG2000在三维面形测量中的应用.针对三维面形测量中的相位测量轮廓术,在减少图像存储空间,同时又不明显降低图像应用质量的前提下,采用了JPEG2000有损压缩技术对光栅投影图进行压缩.对相移法中得到的变形光栅图进行不同压缩比的压缩,比较了压缩后重构图像展开的相位与未经压缩的原图展开的相位之间的误差.通过定量计算压缩前后相位函数间的最大误差和均方根误差,分析了在相同压缩比的条件下,三维面形复杂程度与三维重建误差的关系.文中还比较了不同相移次数的光栅投影图的压缩对相位误差的影响.本文的研究结果对在相位测量轮廓术中合理的选择JPEG2000图像压缩比具有参考价值.     

利用空域滤波虚光栅叠栅法提取干涉图波面

虚光栅叠栅条纹法是一种利用单幅干涉图提取波面信息的方法,为了解决叠栅条纹的滤波问题,提出了一种基于高斯函数的空域滤波法。利用高斯函数在空域中对叠栅条纹图进行模糊处理,滤除不需要的高频分量,仅保留包含波面相位信息的低频分量。重点研究了高斯函数滤波窗口的选择和干涉图的载频之间的对应关系。该方法具有计算量小、易于选取滤波窗口的优点。对一光学平面的面形测量结果表明,利用空域滤波虚光栅叠栅法提取的波面[峰谷(PV)值为0.080λ,均方根(RMS)值为0.020λ,λ=632.8nm]与利用Zygo GPI干涉仪的四步移相法得到的波面(PV值为0.079λ,RMS值为0.017λ)相吻合。     

单幅干涉条纹图的高精度波面重建技术

结合莫尔条纹、傅里叶变换和数字相移技术实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位计算和波面重建.首先,用计算机生成与被处理干涉条纹频率相近的数字相移条纹图,与实际干涉条纹图叠加得到相移莫尔条纹图;然后,利用傅里叶变换、双频滤波、傅里叶反变换和相移技术得到干涉条纹图的相位数据;最后利用波面拟合技术重构原干涉条纹图对应的波面形状.研究结果表明,该技术不仅消除了干涉仪硬件相移产生的非线性误差和滤波时的频谱移中误差,高精度获得了单幅干涉条纹图对应的波前,而且简化了系统的机械结构.同时,对环境的要求明显降低,特别适用于生产现场的检测.     

用改进的光谱相位相干直接电场重构法装置测量飞秒激光脉冲的相位

在对光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)硬件和软件进行深入研究的基础上,建立了光谱相位相干直接电场重构法测量系统。测量装置中,利用厚度为50μm的非线性晶体(BBO)来保证测量装置的带宽,并对分束镜进行改进,使之引入色散减小。自行开发了一套基于Labveiw软件的光谱相位相干直接电场重构法测量系统,并能够用于实时测量。其中在还原算法中以脉冲对倍频干涉条纹中的ωτ作为线性快变项,并只对具有干涉条纹部分的频率范围进行还原相位,大大提高了光谱相位相干直接电场重构法测量的精度。用此系统测量了钛宝石激光振荡器的输出脉冲特性,并与干涉自相关比较,证实了测量的准确性。     

干涉波前的恢复技术

提出了相位展开方法,用单张干涉图实现干涉波前的恢复,获取相位物体的相位差信息,并将其应用于重建波面经过温度场引起的相位变化,且与条纹跟追方法比较,获得了良好的效果。     

全息相移技术用于物体的三维面形测量

提出将全息干涉条纹和相移技术用于三维面形测量,首先利用相移进行位相解调,得到各点的包裹相位分布,再利用投影条纹最小二乘法得到的高度信息对位相进行去包裹处理,从而得到具有较高精度的位相测量和相应的三维面形测量结果.     

采用短相干光源的动态斐索干涉仪

为了实现斐索型干涉仪的动态干涉测试,研究了一种采用短相干光源的动态斐索干涉仪。以中心波长为638 nm、带宽为0.1 nm的二极管泵浦固体激光器作为光源,与偏振延迟装置结合得到一对短相干正交线偏振光,通过调节光源模块中两支线偏振光的光程差来匹配斐索干涉腔的长度,从而获取一对光程差为0的相干光束。使用偏振相机采集得到四幅位相依次相差/2的移相干涉图,按照四步移相算法解算相位,恢复待测元件的表面面形。采用光强归一化算法有效地抑制了偏振态误差导致的移相干涉图光强不一致在最终恢复波面中引入的一倍频波纹误差。采用琼斯矢量和琼斯矩阵分析了干涉图对比度与s光和p光光强比值的关系,并分析了1/4波片方位角误差对最终恢复波面的影响。利用该装置和Zygo GPI XP型干涉仪测量了同一块光学平晶,其均方根值相差0.024,峰谷值相差0.026。     

随机步长光栅投影干涉图极值特征相位解算

针对传统移相干涉测量中需要多帧干涉图,对测量设备稳定性要求高,相位提取速度较慢的问题,提出了一种基于干涉图特殊极值特征的两帧随机相移干涉图相位解算方法。该方法仅需两帧干涉图,利用高斯高通滤波器对具有随机相移量的两帧干涉图分别进行处理以滤除其背景,再通过干涉图中一定数量的特殊极值特征像素点来确定两帧干涉图之间的相移量,进而根据反正切相移相位提取算法对干涉图的相位进行解算。仿真模拟和实测对比结果表明,该方法可通过两帧随机相移干涉图获取较高精度的测量相位,大大减少了测量系统误差对相位解算结果的影响,对于256×256 pixels的石膏像眼部干涉图,执行时间在0.02 s以内,相位提取速度较快。     

减小正弦相位调制菲佐干涉仪多光束干涉影响的方法

在利用正弦相位调制菲佐干涉仪进行测量时,由于菲佐板及待测物体表面对入射光的多次反射而产生多光束干涉,干涉信号的强度随相位变化不是严格的余弦分布.按照双光束干涉的算法进行相位信息提取,会引入一定的误差.以正弦相位凋制菲佐干涉仪纳米精度微小位移测量为应用背景,分析多光束干涉情况下该干涉仪信号解调算法的误差,进而对干涉仪的相关参数进行优化,并通过误差补偿对测量结果进行修正,有效减小了多光束干涉产生的影响.     

颜色编码正弦条纹实现孤立动态物体3维测量

采用常规条纹投影与相位分析方法,对动态物体,尤其是空间存在孤立区域、分布不连续的动态物体进行3维面形测量时,很难得到可靠的展开相位。为了解决这一问题,提出一种用颜色编码正弦条纹光栅投影测量的新方法。该方法使用二级编码的颜色信息来标记待投影的正弦条纹,从另一角度拍摄记录带有颜色信息的变形条纹图,根据编码特征进行解码获取颜色级次来确定条纹级次,并指导截断相位的展开,重建空间孤立动态物体的3维面形数据。结果表明,该算法的编码稳定、解码方式可靠,只需要拍摄1幅图就可以较好地重建空间孤立物体的3维面形。     

径向剪切干涉波面重构的数值模拟分析

径向剪切干涉仪所采集到的干涉图并不直接反映原始待测波面信息,为了获得原始待测波面信息,波面重构是必要的。推导了波面重构的迭代算法,并用Matlab分别对径向剪切中不同迭代次数、不同剪切比的波面重构迭代算法进行了数值模拟,得出以下结论:合适的剪切比可以简化迭代运算,提高运算速度;与小畸变波面重构相比,残差波面PV值达到相同精度时,大畸变波面重构需要更多的迭代次数。待测波面的PV值大于10时,剪切比应在0.7以上,PV值大于6小于10,剪切比在0.5~0.7之间,PV值小于6,剪切比小于0.5。     

InSAR中基于干涉图质量参数的相位展开

本文分析了二维相位展开算法的特点,探讨了基于干涉图质量参数的相位展开方法。按干涉图质量优劣排序,对InSAR干涉图进行相位展开,可以有效减小截断相位中无效点对相位展开结果的影响。文中给出了算法的详细描述,以及按干涉图质量参数排序进行相位展开的实验结果。     

激光工作物质的高精度检验

一、引言 光学干涉仪是测量光学元件面形、评价透镜质量最常用的手段。七十年代人们将微型电子计算机及相位探测技术应用到干涉计量上,使干涉条纹的数据处理成为独立系统而将高精度光学元件的检验发展到一崭新阶段。美国贝尔实验室首先研制成带微型计算机的条纹扫描干涉仪,使干涉条纹的测量精度由λ/10提高到λ/50～λ/100。我们运用MarkⅢ型干涉仪测量了各种光学元件及光学材料的质量,对仪器的性能进行了分析和讨论。 二、实验结果和讨论 Mark Ⅲ型激光数字波面干涉仪是将位相测量技术应用于费索干涉仪上,利用实时相位同步检     

不用专门相移装置的三维面形测量

提出一种不需要专用相移装置实现相移，主要利用数字图像处理技术实现三维面形测量的方法，研究结果表明，用原干涉图像及1幅以上的移值条纹图主可能实现物体三维面形的测量。     

采用同步相位检测的微小振动实时测量

提出了一种半导体激光正弦相位调制干涉仪。该干涉仪可以实时测量物体的微小振动。利用简单的电路构成实时相位检测器 ,对干涉信号中的相位信号进行同步检测 ,最终获得实际振动的振幅频率。文中给出了具体的理论分析和实验结果。     

基于二维经验模态分解的五步非等步在线三维检测

提出一种基于二维经验模态分解(2DEMD)的像素匹配方法,并结合五步非等步算法应用于在线三维面形测量中。将一正弦条纹投影到在线匀速运动的待测物体上,物体运动产生等效相移,在一个条纹周期范围内任意采集五帧变形条纹图。采用2DEMD方法对变形条纹图进行分解,可以得到与待测物体形貌变化一致的模态图像,通过大津法对其进行二值化处理,并截取可靠性较高的区域作为像素匹配模板进行像素匹配,使各帧条纹图中物点一一对应并计算出相应的等效相移量。再利用五步非等步相移算法解相可得到截断相位,采用相位展开算法得到连续相位,利用相位高度映射公式可恢复出被测物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性。     

平面面形绝对检验技术测量误差分析

绝对检验消除了参考面面形误差对干涉测量精度的制约,可实现纳米精度的面形测量。对现有主要平面面形绝对检验技术进行了总结比较,运用泽尼克多项式前36项构建被测平面,对边缘噪声、平面原始精度、旋转角度与偏心误差等因素对典型平面面形绝对检验技术测量精度的影响进行了模拟分析。绝对检验对被测平面原始精度、干涉图分辨率和旋转角度误差不敏感,对边缘噪声和旋转偏心误差敏感。实际测量中,旋转轴心对准误差应小于2 pixel,测量中心面积比取95%左右。