精密表面缺陷的数字化检测系统研究

精密表面疵病的自动检测长期以来一直是期待解决的问题。依据显微散射光成像系统对元件表面上的划痕、麻点、气泡等疵病形成暗背景下的亮疵病图像,提出了一个完整的数字化标准的精密表面疵病检测评估体系。首先利用比值匹配原理对xy两方向平移得到的子孔径扫描图像进行拼接。引入数学形态学实现疵病识别。运用膨胀、腐蚀、细化等算法,对二值化图像进行噪声消除,图像分割和特征提取。项目的研究成果已能分辨微米量级的疵病,为建立国内外疵病的数字化标准评价系统提供有力的理论及实验依据。     

基于差分方法的高精度球面调整误差校正

针对高精度球面检测中待测球面调整误差所引入的高阶像差影响,提出了一种基于差分方法的高精度调整误差校正方法。通过对待测球面分别引入两个不同的波前离焦量,对测得的波面数据取差分,由此得到测量中调整误差所引入的高阶像差,并将其从面形数据中分离出来,进而实现高精度的球面调整误差校正。通过Zygo干涉仪对提出方法的可行性进行了实验验证,并给出了实验结果。测量中,对大数值孔径待测球面同时引入波前离焦和倾斜,运用本文方法实现调整误差的校正精度达到了均方根(RMS)为0.001 5λ和峰谷(PV)为0.018 9λ。本文方法无需了解检测系统或待测球面的任何先验信息,并可有效降低对待测球面调整的要求,在实际的高精度球面检测中有很好的适用性。     

非球面部分补偿检测系统的误差分析与处理

为了实现非球面通用化、高精度检测,提出非球面部分补偿法,并进行误差分析与处理.在光学设计软件ZEMAX中对部分补偿检测系统进行系统建模并优化,分析器件姿态误差及装调精度对重构非球面面形的影响.通过对系统误差的分析,提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的系统误差处理方法,将系统误差归为由系统建模得到检测光路的误差和由误差存储得到不含检测光路的干涉仪系统的误差.通过计算机仿真及实验证明,部分补偿检测系统采用该误差处理方法去除系统误差后,可以由逆向迭代优化重构(ROR)技术重构出更精确的非球面面形.将该非球面面形与采用无像差点法得到的面形对比,结果较吻合,均方根(RMS)精度接近0.02λ(λ为波长).     

一种新型的大曲率半径实时检测系统

在分析各种大曲率半径测量方法的基础上,提出了一种新颖的利用干涉体系产生非接触的牛顿环并与CCD图像处理技术相结合的新方法。其可测量的曲率半径从1－25m,具有很宽的测量范围,而整个测试体系结构却非常紧凑,不受凹、凸球面限制。理论分析及初步实验结果表明：曲率半径测量的相对误差△R／R可优于0．3％。     

光学元件表面疵病检测扫描拼接的误差分析

为实现大口径光学元件表面疵病的高效率、高精准的检测,本文提出一种能分辨微米级疵病的光学显微散射扫描成像检测系统,因为该检测系统单个子孔径的物方视场为毫米级,所以检测大口径光学元件需对X、Y方向进行子孔径扫描成像并将子孔径图拼接成同一坐标系下的全孔径图.在进行扫描时,系统的机构误差会被引入到子孔径列阵中,导致子孔径拼接处产生像素错位,甚至造成拼接断裂的情况,从而严重影响疵病等级及位置的正确评定.鉴于此,本文对影响全孔径拼接最敏感的误差因素进行了分析,并根据其特点找到合理减小误差的方法,确保子孔径的正确拼接.     

动态变化场的高速高精度实时干涉检测

利用数字化的干涉技术对受温度、压力、湍流等具有大畸变的动态变化场波前实现高速高精度实时化的检测是非常需要的.介绍了一种基于空间位相调制的径向剪切干涉系统,配以具有连续与脉冲光于一体的半导体泵浦固体激光器,结合一种新颖的高速图像采集同步控制系统,可以对各种连续及动态变化场波前实现共路干涉、无需参考面的瞬态、高精度的检测,波前图像采集频率在像素512x512时可达到1 000帧/s以上.系统的波前重构理论都经过了计算机仿真验证,仿真精度达1/1000 λ以上.与ZYGO数字波面干涉仪相比,检测结果RMS优于1/15λ,并有很好的重复性;目前该系统已用于惯性约束聚变(ICF)等系统的脉冲波前检测,并且在航空航天、流体、流场的各类物理量的检测领域具有广泛的应用前景.     

模板匹配算法在高精度压电微位移测量中的应用

提出了一种压电微位移器的微位移测量方法,即通过模板匹配算法测量Twyman-Green干涉系统中对应干涉条纹的移动量,进而实现对应位移量的高精度测量.为确保测量结果的可靠性,同时利用匹配模板的归一化转动惯量特征对测量结果进行实时验证.应用该测量方法对自制的压电微位移器的电压位移特性曲线进行了实测,并详细分析了模板大小的选取对于测量结果的影响,实验中的归一化转动惯量相对误差均小于5%,且模板匹配互相关系数大于0.97;同时运用一高精度纳米微位移平台对测量方法的可行性进行了实验验证,测量精度达到了λ/50.实验结果表明,运用本方法测量压电微位移,具有较好的噪声抑制能力和可靠性,可实现纳米量级的测量精度.     

偏振共路扫描剪切干涉仪及其二维剪切波面重构的研究

本文在共路剪切实时干涉仪的基础上,着重分析了利用斜率法和网格变维法进行二维(?)面重构的算法,并给出了计算机模拟计算结果。     

光学元件表面疵病检测扫描拼接的误差分析

为实现大口径光学元件表面疵病的高效率、高精准的检测,本文提出一种能分辨微米级疵病的光学显微散射扫描成像检测系统,因为该检测系统单个子孔径的物方视场为毫米级,所以检测大口径光学元件需对X、Y方向进行子孔径扫描成像并将子孔径图拼接成同一坐标系下的全孔径图。在进行扫描时,系统的机构误差会被引入到子孔径列阵中,导致子孔径拼接处产生像素错位,甚至造成拼接断裂的情况,从而严重影响疵病等级及位置的正确评定。鉴于此,本文对影响全孔径拼接最敏感的误差因素进行了分析,并根据其特点找到合理减小误差的方法,确保子孔径的正确拼接。