相移干涉测量中相移误差的自修正

分析了相移干涉测量过程中相移误差产生的原因,研究了基于迭代最小二乘算法的相移误差修正法,实现了任意两幅干涉图间相对移相量的计算和自适应校正.基于光、机、电、算四系统,实现任意步长的3幅以上干涉图像的采集,用迭代最小二乘法计算任意两幅干涉图间的相对移相量,然后将其闭环反馈至硬件相移系统,自动修正相移步长为给定量的特征相移值,从而完成干涉仪相移误差的自修正.构建了相移误差自校正系统,通过实际干涉测量验证了算法的正确性和相移误差自修正系统的可行性.结果表明,自适应修正后相移量相对误差＜5％,面形RMS测量重复性＜λ/1 000,实现了高精度、高效率的相移误差自适应修正.     

基于主轴回转运动误差在线检测的二次相移三点法

提出了一种基于数据重组和反滤波的二次相移三点法圆度误差分离技术,可以先行分离出主轴的回转运动误差,从而能够实现运动误差的在线检测.通过对三个传感器的测量数据按照二次相移原则进行数据重组,可以在数据处理的首次操作时消除圆度形状误差的影响,从而在二次操作时先行得到运动误差.权函数的对比分析表明该方法与圆度三点法在本质上的同源性和统一性.仿真与实验结果均表明:该方法可以先后分离出运动误差和形状误差,具有良好的分离效果.     

调制度测量中一种新的相移误差分析方法

通过相移技术获取调制度值的调制度三维测量法,不可避免地存在相移误差,从而降低测量精度。简述了调制度测量原理,分析了相移误差对调制度的影响,提出利用图像灰度值进行相移误差分析并进行误差补偿,以提高测量精度。实验以一平面石膏为测量对象,根据测量结果,验证了该方法的正确性和有效性,对采用相移技术的三维测量法具有重要的意义。     

相移干涉术修正五步算法研究

研究了修正五步算法对线性相移误差及探测器二次非线性响应误差的不灵敏特性。数值模拟结果表明，该算法在一定程度上优于B.Zhao＆Y．Sur－rel的六步算法。     

相移算法模拟实验研究

相移干涉技术在表面形貌定量测量中得到广泛应用,其中相移算法是影响相位测量精度的关键之一.分析比较了常用四种算法四帧算法、五帧算法、四帧免疫算法、五帧免疫算法原理公式及对相位测量的影响.用计算机进行模拟实验,提出样本方差和最大偏差两个参数评价算法的优劣.得出传统四帧算法对相移误差最敏感,尽量少用,优先采用五帧算法的结论,有实用性.     

在CSOCT系统中抑制线性相移误差的校正算法

从理论上详细分析了经典相移算法对线性相移误差的敏感度,用频域和空域两种分析方法对定步长算法抑制线性相移误差的能力进行了分析。建立了含有线性相移误差复频域OCT空域分析法的仿真模型,并对测试样品进行了实验。实验结果表明,五帧相移算法对真实层析结构影响小,对镜像尾迹有完全的抑制作用,能够真正地实现100%的全量程的有效探测。     

相移干涉术修理五步算法研究

研究了修正五步算法对线性相移误差及探测器二次非线性的响应误差的不灵敏特性。数值模拟结果表明，该算法在一定程度上优于Ｂ．Ｚｈａｏ ＆ Ｙ．Ｓｕｒｒｅｌ的六步算法。     

任意相移最小二乘法迭代的在线三维检测

为了简化采用满周期等相移算法的在线相位测量轮廓术(PMP)在实际测量过程中系统装调环节的繁杂程度,同时避免栅线方向和运动方向不严格平行引入附加相移降低解相精度,提出了基于最小二乘法迭代的在线三维检测方法。在测量过程中,任意栅线方向的正弦光栅被投影于物体表面,采用像素匹配技术获得不同时刻拍摄到的变形条纹图的等效相移条纹图,其相移量由投影系统和物体位移共同决定且为任意值。最后,采用最小二乘法迭代计算相位。实验结果表明:在不断改变投影到参考面上光栅栅线方向的情况下,该系统的测量结果稳定,均方根误差均不高于0.169 9mm。由于该方法放宽了测量系统空间位置的约束条件,提高了测量的灵活程度,使在线PMP更具普适性。     

数控机床热误差的动态自适应加权最小二乘支持矢量机建模方法

为消除数控机床热误差对加工精度的影响,提出基于动态自适应加权最小二乘支持矢量机的数控机床热误差建模方法.为构建机床热误差模型,对一台XK713数控铣床进行建模试验,采用智能温度传感器与激光位移传感器分别获取机床温度值与主轴变形量.运用动态自适应算法,优化选择建模过程中的参数;对采样数据进行初始最小二乘支持矢量机建模,根据误差变量确定权重系数,得到基于加权最小二乘支持矢量机的数控铣床热误差模型.试验结果表明,基于动态自适应最小二乘支持矢量机的数控机床热误差建模方法精度高,泛化能力强,优于未加权最小二乘支持矢量机方法与传统最小二乘法.获得的模型可用于数控机床热误差补偿,以提高数控机床的加工精度.     

改进蜂群算法在平面度误差评定中的应用

为了准确快速评定平面度误差,提出将改进人工蜂群( MABC)算法用于平面度误差最小区域的评定.介绍了评定平面度误差的最小包容区域法及判别准则,并给出符合最小区域条件的平面度误差评定数学模型.叙述了MABC算法,该算法在基本人工蜂群算法( ABC)模型的基础上引入两个牵引蜂和禁忌搜索策略.阐述了算法的实现步骤,通过分析选用两个经典测试函数验证了MABC算法的有效性.最后,应用MABC算法对平面度误差进行评定,其计算结果符合最小条件.对一组测量数据的评定显示,MABC算法经过0.436 s可找到最优平面,比ABC算法节省0.411 s,其计算结果比最小二乘法和遗传算法的评定结果分别小18.03μm和6.13 μm.对由三坐标机测得的5组实例同样显示,MABC算法的计算精度比遗传算法和粒子群算法更有优势,最大相差0.9 μm.实验结果表明,MABC算法在优化效率、求解质量和稳定性上优于ABC算法,计算精度优于最小二乘法、遗传算法和粒子群算法,适用于形位误差测量仪器及三坐标测量机.     

光谱仪动镜倾斜误差分析及其动态校正技术研究

采用了双光束干涉的迈克尔逊干涉仪系统的傅里叶变换红外光谱仪,在动镜运动过程中,动镜可能在三个方向发生倾斜。通过建立干涉面光强分布的二维数学模型,确立了干涉图函数的数学表达式,从调制度、相位误差和频率噪声的角度,对动镜倾斜误差进行了系统分析。在误差分析的基础上,对动镜容许的最大倾斜角度进行了讨论,并对其动态校正技术的要点做了分析。     

被测件随机移相干涉面形测量方法

针对光学元件的面形测量,提出了一种被测件随机移相干涉面形测量法,用于降低移相干涉仪的成本,避免移相器老化产生的移相误差对面形检测精度的影响。该方法利用微位移驱动器驱动被测件在摩擦气浮复合导轨上移动进行随机移相并用相机采集若干幅干涉图;然后利用最小二乘迭代算法处理干涉图数据进而迭代出被测表面相位分布;最后进行一系列数据处理求解出被测件的面形结果。为了验证该方法的可行性,在实验室搭建了改进的斐索移相干涉系统,并选用一个凹面镜和一个平面镜作为被测件在搭建的系统上进行了实验测试,同时与同台仪器上的传统移相方法得到的测量结果进行了比对。结果表明:在激光光源波长λ为632.8nm的情况下,凹球面镜面形PV值和RMS值与传统移相方式测量结果相差0.001λ,和0.002λ;平面镜面形PV值和RMS值与传统移相方式的测量结果相差0.002λ和0.003λ,面形数据基本一致。该方法避免了移相器老化引入移相误差,降低了仪器成本,测量精度高。     

傅里叶变换红外光谱仪动镜倾斜误差分析

通过建立傅里叶变换光谱仪中动镜、定镜和干涉面的坐标对应关系,对动镜存在多个方向倾斜时的干涉光路进行了详细的分析。建立了非准直状态下干涉面光强分布的二维数学模型,确立了干涉图函数的数学表达式,从调制度、相位误差和频率噪声的角度,对动镜倾斜造成的影响进行了系统分析。在动镜的运动中,左右方向的倾斜和俯仰方向的倾斜对系统的影响彼此具有独立性,又具有叠加性;干涉图中初相位因子随光程差改变缓慢变化或快速变化,对相位误差的影响也不全相同。在倾斜误差分析的基础上,对动镜的最大倾斜角度和减少误差的方法进行讨论,并提出了两种动态准直校正的思路。     

傅里叶变换红外光谱仪中立方反射镜特性分析

在傅里叶变换红外光谱仪中,用立方反射镜作为动镜的光路系统比平面镜时的情形复杂。通过建立系统的数学模型分析光路,确定了干涉信号的数学表达式;从干涉图调制度的角度对系统在非理想状态下的运动误差容限以及安装误差容限进行了分析。结果表明,与动镜和定镜都采用角反射体的系统相比较,该系统动镜运动中其偏摆和顶点横移不会对干涉图产生影响;与动镜为平面镜的系统相比较,该系统不需要对动镜的动态校正就能满足调制度判据要求。     

利用Zernike多项式分析超薄镜热变形

利用圆域上正交基-Zernike多项式拟合镜面温度场,将温度场转化为较有意义的模式,采用有限元方法进行了热变形的计算,其中针对空间大口径超薄镜面建立镜面模型,且暂不考虑重力,另外因超薄镜厚度很小,也不考虑轴向温度梯度的影响。通过计算利用Zernike多项式得到温度场产生的热变形,得到了不同温度模式产生的不同像差形式:即对于不同的温度场模式—温度整体变化(平移),一端凉且一端热(倾斜),中心与边缘温度不同(离焦热模式),以及像散热模式,彗差热模式,球差热模式导致的热变形分别主要表现为像差离焦,倾斜,离焦,倾斜,倾斜,球差。不同热模式在相同温差下产生的变形有数量级的差别,能够产生较大变形量的温度模式有离焦,彗差和球差,这意味着超薄镜对这些温度场比较敏感。计算和总结表明,利用Zernike多项式分解温度场,可以对热变形规律进行有效的分析,解决了镜面温度分布随时间变化使得热分析较为不准确的困难。     

拼接镜新型粗共相检测方法

为了实现拼接镜平移误差的大量程、快速检测,提出了一种利用白光(400～700nm)远场光斑相干性来检测拼接镜piston误差的方法。该方法以两半圆孔间的非相干衍射图案为模板,利用互相关算法求解实际衍射图案与模板图案间的互相关系数,通过设定0.85阈值,实现拼接镜piston误差的粗共相检测。搭建了一套室内拼接镜的主动共相检测实验光路系统,其中拼接镜是由4块对边长为100mm,曲率半径为2 000mm的正六边形球面反射镜组成,利用白光(400～700nm)远场光斑相干性测量拼接主镜各子镜间平移误差的方法进行了理论与仿真分析。利用波前探测器和主动光学技术实现了拼接镜精共焦误差的检测与调节,通过远场光斑相干性和主动光学技术实现了粗共相的检测和调节。实验表明:该方法耗时短、能量利用率高,可实现无限量程、±250nm精度的检测和调节,适合拼接镜的粗共相检测和调节。     

活塞连杆一体型压缩机运动分析

活塞连杆一体型压缩机的运动部件少,降低了累积误差,有助于降低生产成本。介绍了该新结构的结构特点,对活塞、连杆的运动关系进行了推导与分析,并对压缩机样机的运动参数进行数值计算。结果表明:该机型压缩机活塞运动规律是复杂的平面运动,活塞与气缸镜面间的泄漏间隙小,是一种很有前景的微型压缩机。     

利用相位差异法检测镜面面形

为了验证相位差异波前检测器演示系统利用自带光源独立完成波前检测任务的能力,搭建了基于相位差异法检测镜面面形的实验平台。测试时在焦面和离焦面上同时采集短曝光图像,在已知离焦量的前提下解算出波前相位分布并恢复出目标,从而实现对大镜面像差的估计。为了进一步验证相位差异测量方法的准确性,对相位差异法与高精度的ZYGO干涉仪得到的测量结果进行了比较分析。实验结果表明:两种方法获得的面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和均方根值(RMS)一致性很好,而波前RMS的测量精度达到了2.83/1 000λ。得到的结果表明提出的相位差异法能有效地检测出镜面的像差,且准确性很好。     

干涉法实时测量浅度非球面技术

提出了一种干涉实时检测非球面的新方法,该方法无需补偿器,CHG等辅助元件就能实现对浅度非球面的测量。对非球面度较小的非球面,直接利用标准球面镜作为参考表面,通过数字干涉仪可以测得全孔径位相分布,将所得的数据剔除参考球面波相对理论非球面的偏差,并运用最小二乘拟合求得机构定位误差,消去此误差,从而能够获得真实的面形信息。利用该方法对一口径为350mm的浅度双曲面进行了测量,通过数据分析和处理得到面形误差的PV值和RMS值分别为0.387λ 和 0.048λ ( =632.8nm)。并将该结果与零位补偿的检测结果相比较,两面形分布是一致的,其PV值和RMS值的偏差分别为0.033λ 和 0.006λ 。说明该技术对检测浅度非球面是切实可行的。     

相位检测法定镜自适应校正技术

为保持傅里叶变换光谱仪在动镜运动和外界震动等恶劣条件下动镜和定镜间的准直性,采用了相位检测法检测准直性误差的定镜自适应校正技术。介绍了相位检测法的基本原理和实现自适应校正的途径以及自适应校正系统的基本结构。采用高速压电倾斜镜作为驱动补偿元件,分析了相位检测精度对校正精度的影响。实验结果表明,采用自适应校正后系统干涉效率明显提高。