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ESPI技术的物体缺陷自动识别技术

电子散斑干涉技术是变形和缺陷检测的重要技术方法,具有非接触、动态特性好、灵敏度高等优点.在缺陷检测中,以变形为载体,通过变形分布上的异常判别缺陷是否存在和大致位置.在这个过程中,如何摆脱人的主观判断,实现缺陷的自动识别,一直是一个技术难点.本文以实现缺陷自动识别为目标,探讨了电子散斑干涉技术的物体缺陷识别技术.总结了ESPI实现系统和变形测量的主要算法,包括时域相移干涉仪中算法、空域载波相移干涉仪中算法及空域相移干涉仪中算法,分析了各自的特点并进行了归类.描述了变形与缺陷之间的关系.讨论和总结了缺陷的时域识别方法和空域识别方法.分析了基于变形梯度的缺陷识别方法,并进行了改进.改进的方法引入了调节因子,提高了缺陷区与非缺陷区之间的界限,从而提高了该方法的缺陷识别能力.     

基于倾斜入射的直角棱镜大面测量装置研究

针对直角棱镜大面测量中可以消除多重干涉背景干扰的倾斜入射测量系统,设计了一种能直接进行直角棱镜大面测量的正置式倾斜入射干涉仪装置.该装置包括相移干涉仪主机、一体化载物工作台以及一对参考平晶.讨论了直角面参与反射带来的光线簇造成的多重干涉背景误差,采用3D偏折的方法来避免全内反射光干扰直角棱镜大面测量.实验部分,组装了基...     

数字化白光扫描干涉仪的研究

研究并设计实现了微形貌测量白光扫描干涉仪系统和光纤偏振耦合点监测白光扫描干涉仪系统.前者采用Mirau相移干涉形式,用压电陶瓷传感器PZT作移项器,主要用于微形貌测量,精度可达nm量级.后者采用光路补偿白光Michelson干涉形式,用格兰棱镜对偏振态进行调整控制,用移动参考臂来补偿由于耦合点所造成的光程差,光纤寄生偏振耦合测试仪的空间分辨率达到50mm,测量范围达到1km,探测灵敏度不小于-80dB(耦合模式与主模式的功率比).     

一种便携式光学表面轮廓仪

研究了一种基于短相干光相移干涉法的便携式光学表面轮廓仪,分析了短相干光干涉显微镜相移干涉技术,实现了基于该项技术的光干涉显微系统。采用光路集成化的设计方法,实现了一体化轮廓仪光路集成,优化了机械三维调整测量台,实现了可用于大、小口径元件表面测量的正置、倒置两种测量模式。测试结果表明,仪器的粗糙度测量精度为0.1nm,重复性误差优于0.01nm,横向分辨率优于1μm。     

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。     

激光干涉仪数字测角的新方法及其应用

介绍了一种基于迈克耳孙干涉仪的精密角度测量系统,该系统利用迈克耳孙干涉仪在几何量测量中的干涉测量技术,通过转换将角位移转换为可以反映干涉光路中光程差变化的线位移,并通过相应电路对干涉条纹进行处理,从而实现了对大转角的精密测量。与以往类似系统相比,该系统具有结构简单、误差恒定、测量精度高、测角范围大、易于数字化等特点。同时,文章还对系统的构成原理、设计注意事项和精度等作了有关的理论分析。     

白光干涉表面结构测量仪的优化设计与应用

为测量微机电系统的表面结构,研制了一种基于白光干涉法的表面结构测量仪。设计了显微干涉仪,通过实验分析了显微干涉仪关键设计参数中的光源带宽、物镜数值孔径、孔径光阑大小对垂直扫描白光显微干涉测量中干涉条纹光强分布的影响;设计了Z向一维位移工作台,提出了一种以显微干涉图像灰度值归一化标准方差为依据的白光干涉测量条纹自动搜索定位方法。相关实验结果为白光干涉表面结构测量仪的优化设计提供了参考依据。     

基于圆偏振光合成的动态干涉仪同步移相技术研究

动态干涉仪是一种高精度的测量仪器,为了研究动态干涉仪的同步移相技术,论文通过建立两束旋向相反的圆偏振光合成的数学模型,更加清晰的表现了合成光束的传播状态,分析了合成光束经过起偏器后其干涉图像相位与起偏器摆放角度的关系.以此为基础,设计动态干涉仪光路并搭建试验台,最终用四个CCD同步采集到四幅相位依次相差90°的干涉图像,实现对被测镜面的动态测量,为提高干涉仪测量结果的准确性奠定了基础.     

混频对全视场外差动态干涉仪测量精度的影响

全视场外差动态干涉仪在面形测量方面具有测量精度高、抗干扰能力强等优点,适合用于长焦距面形的动态干涉测量以及大口径光学元件的测量。但是干涉仪系统内部光学元件性能不理想以及元件装配存在误差等,会在干涉光路中引入频率混叠,影响干涉仪的测量精度。为了分析混频对全视场外差动态干涉仪测量精度的影响,从混频产生的原因出发,建立了由混频引入的测量误差的理论模型,分析了混频程度对测量精度的影响,分析结果表明,测量误差与混频程度呈非线性正相关,混频会造成测量面形结果上叠加一个和干涉条纹相同频率的周期性误差。搭建了全视场外差动态干涉测量实验系统,验证了不同混频程度对面形测量精度的影响,当混频程度为0.029时,面形测量误差为0.053λ;当混频程度为0.120时,面形测量误差为0.110λ,与仿真分析结果吻合。本文的研究对研制高精度全视场外差动态干涉仪具有实际意义。     

Nanoscale surface deformation inspection using FFT and phase-shifting combined interferometry

In this paper, a flexible optical interferometer incorporated with both fast Fourier transform (FFT) and phase-shifting method is developed for three-dimensional (3D) testing of micro-components. Using light interference, microscopic optics, piezoelectric transducer (PZT) nanoscanning and a CCD camera, the proposed system can detect deformation and surface contour in the order of nanometers. An application of the proposed technique is demonstrated using two micro-components: a micro-beam in an accelerometer and a micromirror. The resulting interference fringes that are related to the deformation and surface contour are analyzed using FFT method or three-step phase-shifting method depending on the test surface features. Experimental results show the feasibility of the proposed method for 3D deformation and surface contour measurement of micro-components.     

移相干涉仪环境振动自动测量系统

环境振动和半导体激光器输出扰动都会引起移相干涉仪(PSI)光学干涉场变化,为了评估环境振动对PSI的影响,在干涉仪内部,用两只光电管分别测量光学干涉场某点辐射功率的变化及半导体激光器输出功率的扰动,可析取移相干涉仪的环境振动信息。两路光电测量信号经单片机进行模数转换后由串行通信接口传输到PC机,通过可视化软件编程技术实现信号的图形化显示和环境振动信息的析取。     

Phase-shifting interferometer using a frequency-tunable diode laser calibrated by an optical frequency comb

We present a phase-shifting interferometer based on a frequency-tunable diode laser calibrated by an optical frequency comb and the Carre? algorithm. By use of the frequency control strategies of locking the diode laser to different comb modes and scanning the repetition rate, an arbitrary single optical frequency synthesizer is obtained. The relative laser frequency uncertainty is 5.7 × 10(-12) for 1 s averaging time with tracing to an Rb clock and accurate phase steps are achieved by optical frequency tuning. The surface topography of a standard sphere is measured by this phase-shifting interferometer based on a flat reference. The phase measurement repeatability is λ∕200. With this technique, phase measurement uncertainties from the laser frequency and phase steps are negligible.     

金刚石复合片与硬质合金的钎焊研究

通过聚晶金刚石复合片与YG8硬质合金的高频感应钎焊试验,研究了不同钎料钎剂搭配对高频感应钎焊接头抗剪强度、焊缝厚度的影响,并用扫描电镜和电子探针观察、分析了焊缝的微观结构。结果表明,690℃钎焊温度下含Mn的1号钎料和活性温度较高的QJ102钎剂是最佳搭配方案。探讨了聚晶金刚石复合片的特殊钎焊工艺,认为采用复焊方法可以大幅提高钎焊接头的抗剪强度。     

Accurate measurement of the refractive index of air

An interference refractometer for absolute measurement of the refractive index of air has been developed. It is essentially based on components of a commercial Zeeman type laser interferometer system and uses a differential interferometer and a vacuum chamber with four measurement cells. The resolution and accuracy of interference phase interpolation is improved by an electronic phase meter and a detection technique which compensates for interferometer non-linearity. The system has been designed for an accuracy of a few parts in 10⁸. Experimental investigations of individual components and comparison measurements with pure gases, with Edlén's formula and with the BCR interference refractometer confirm this goal.     

基于单频激光干涉仪的精密工件台定位系统设计

激光干涉仪是以稳频氦氖激光波长为已知长度,利用迈克耳逊干涉系统测量位移的工具。近年来,激光干涉仪一直作为精密测量工具为精密加工机和工件台进行定位校准工作。本文介绍了一种基于单频激光干涉仪的精密工件台测量定位系统。本定位系统采用单频激光干涉仪作为精密测量工具,采用高档8位单片机作为数据处理微控单元,并基于VC＋＋语言编写相关控制软件。实际应用证明本系统定位速度快,精度高,理论上最小分辨率为58．6pm。     

基于狭缝光阑的剪切散斑干涉动态测量

为了精确、实时地测量物体表面的动态形变,提出了基于狭缝光阑的空间载波剪切散斑干涉系统。该系统通过倾斜迈克尔逊干涉仪的一个平面镜来产生剪切量和载波频率,实现空间频谱的移动;采用一个可调节的狭缝光阑控制散斑大小和空间频谱宽度。基于傅里叶变换与反变换在空间频率域上提取所需的频谱并计算相位图,最后通过一幅干涉条纹图得到相位分布信息。采用该系统对一个中心加载、四周固支的薄铝板进行了动态测量,分析了光学系统参数对测量结果的影响。结果表明,采用像素尺寸为4.65μm×4.65μm的高分辨率相机,焦距为8mm的成像镜头,设置剪切量为25mm,狭缝光阑X方向的尺寸为1mm时,可得到高质量的剪切散斑相位图。该方法可以在25frame/s的采集速度下,以43.6°的视场角实现动态形变的测量,可测形变峰值为0.5~30μm。