面阵CCD在大尺寸形位误差测量中的应用

本文介绍了在半导体激光光纤和位相结合的准直情况下,利用面阵ＣＣＤ探测器测量大尺寸形位误差的原理,并针对二维位相板衍射图像的特点,提出了一种处理此类衍射图样的图像处理新方法－正交投影法,消除了ＣＣＤ表面保护玻璃形式的干涉条纹的影响,对空气扰动也起到了很好的抑制作用,并且使二维图像处理变形为一维计算,大大提高了计算速度。此面阵ＣＣＤ测量系统与双频激光干涉仪测量直线度误差的比对实验结果表明,二者的测量结     

相位偏移干涉测量波面的一种新算法

本文分析了利用相位依稀干涉的相位计算方法对测量结果准确程度的影响,提出了一种利用相位偏移干涉原理测量波面的新算法（四幅改进算法）。考虑到移相误差是导致相位偏移干涉测量法产生误差的主要因素,本文着重讨论相位偏移干涉测量算法对移相误差的敏感程度。根据对实验测试机构所进行的测量与分析,以实际的数据为基础得出在相位人多干涉测量算法对移相误差的敏感程度,根据实验测试机构所进行的测量与分析,以实际的数据为基础得出在相位偏移干涉测量中新算法的优秀品质。该新算法对移相误差有良好的抑制作用,无论是理论分析速 是实际测量效果都很好。     

基于单片机的余弦误差修正系统

阐述了激光干涉测量技术是高精度位移测量的最主要方法之一,具有测量范围大、分辨率高和测量精度高等优点。然而,随着测量距离增大,各项误差也随之增大。其中,余弦误差就在大行程激光干涉测量过程中成为一项不可忽略的误差。分析了余弦误差产生的原因,并设计了一套余弦误差修正系统来消除其误差。     

混联机床轴线定位精度的干涉测量与误差补偿模型

在对直线运动坐标定位精度的干涉测量原理和方法进行深入研究的基础上,对干涉测量的误差进行了分析.采用激光干涉法检测了混联机床X轴的定位精度和重复定位精度,并作出了基于测量数据的混联机床X轴单向均位偏差特性曲线,推导出了X轴正、反向运动定位误差的数学模型.利用最小二乘法拟合得到了机床直线运动坐标目标位置的均值误差补偿数学模型,提出了一种直线运动坐标定位精度的激光干涉测量方法和误差补偿模型的建模方法,并对X轴的定位精度进行了补偿.     

子孔径拼接干涉的快速调整及测量

考虑高精度子孔径拼接干涉测量技术对自动化拼接的要求,提出了一种子孔径零条纹自动快速调节方法。分析了干涉条纹数量对拼接误差的影响,分析显示:当子孔径干涉条纹数量少于5条时,干涉仪回程误差小于λ/50(PV值)。对子孔径拼接测量装置进行了结构优化,提出了拼接位移台角位移偏差自动补偿方法,实现了各个子孔径的零条纹测量,进而控制了子孔径拼接的累积误差。对450mm×60mm长条镜进行了子孔径拼接干涉测量,结果表明:自动测量结果与手动调整零条纹测量结果在面形分布上更为一致;但前者测量速度及测量效率都有所提高,测量时间平均减少5min。提出的方法不仅能完成干涉拼接测量装置的自动定位及自动快速调整,还提高了测量重复性与检测效率。     

一种表面结构多尺度融合测量系统

提出了一种表面结构多尺度融合测量系统,该系统将显微图像测量、垂直扫描白光干涉测量、白光干涉纳米探针测量和白光干涉金刚石探针测量等多种不同尺度的表面结构测量方法融合在一起。实验结果表明,显微图像测量对300μm标准玻璃线纹尺的示值误差为-0.251μm,标准偏差为0.4013μm;白光干涉测量对1.26μm和3.33μm单刻线样板的测量平均值分别为1.263μm 和3.328μm,示值误差分别为0.003μm和 -0.002μm,示值相对变化量为1.27%和0.63%;白光干涉纳米探针对高度为（106.8±1.0）nm的校准光栅测量平均值为103.1nm,相对示值误差为-3.5%;白光干涉金刚石探针测量对Ra=4.08μm样板的测量值为4.05μm,测得值的相对误差为0.74％。所提出的测量系统满足表面结构的多尺度融合测量要求。     

基于最小二乘法的光栅干涉传感细 分误差校正研究

针对纳米级分辨率光栅干涉传感中存在的细分误差问题,对光栅干涉传感的细分原理、传感信号中的噪声以及非线性误差等方面进行了研究。采用数字细分方式,对传感光电信号进行了数字滤波处理以降低噪声信号干扰,对传感信号中存在幅值波动、直流电平漂移以及相位非正交性等缺陷建立了非线性误差模型,并基于最小二乘原理提出了一种非线性误差修正方法;利用纳米二维定位平台对光栅干涉传感系统进行了测试。研究结果表明:在50 nm步距以及200 nm步距两组等位移量连续测量的测量列中,非线性误差修正后测量列的标准差较修正前均有显著的降低,说明光栅干涉传感信号经非线性误差修正处理后可以较明显地校正细分误差,提高细分精度。     

AFM悬臂定位系统中光干涉误差及减小方法研究

光杠杆法是原子力显微镜（AFM）悬臂定位的主要方法。由于悬臂自身的尺寸和材料特性、检测光路系统等因素制约，悬臂弯曲测量时存在光泄露。被试样表面反射的部分泄露光与悬臂反射光产生干涉，在探针一试样接近曲线中产生光干涉误差。基于轻触模式AFM，分析了光干涉误差的产生原因，并对其引起的AFM测量误差进行了数学分析和仿真、提出了减小光干涉误差的方法。实验结果和理论分析表明，为了进一步提高AFM的测量精度，有必要克服定位系统中的光干涉误差。     

透明台阶的白光干涉测量方法研究

Veeco NT3300表面轮廓仪是基于白光干涉原理的一种非接触测量设备,它的垂直扫描干涉模式可以实现对物体表面形貌的非接触测量。在利用垂直扫描干涉模式对光刻胶形成的透明台阶测量时,设置不同的测量参数会导致较大的测量误差,通过对垂直扫描干涉模式的原理和测量系统的分析,找到了误差产生的原因,并通过合理的测量参数的设置,实现了对透明台阶的准确测量,满足了应用需求。     

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.     

光学压力测量校准研究

基于光学压力测量技术的基本原理,对自组建测量系统和ISSI成品化测量系统分别进行校准试验,经过对试验结果的对比,得到光学测压过程中图像采集系统的性能和设置会对试验结果有一定的影响,其采集的光强度和对干扰光的过滤是影响校准和处理精度的关键因素。所采集到的图像信噪比越大,获得的压敏涂料校准曲线斜率越大,线性度越好。     

基于迈克尔逊干涉原理的孔径测量及装置设计

由于测量空间限制和孔本身的特点,孔径测量难度较大。本文设计一种简单易行、高精确度的测量方案,并对孔径载物台进行了设计。其干涉原理采用迈克尔逊干涉原理,数据的采集则采用CCD传感器。可以在大多数情况下实现孔径的测量,其测量精度达到微米级别。     

基于三维精密位移工作台的显微图像拼接测量系统

设计了一种大面积无缝无特征显微图像拼接测量系统,该系统基于光学显微系统和大行程纳米级计量型三维精密位移工作台,建立了以测量系统自身的计量系统来标定CCD摄像机和计算CCD与水平工作台夹角的数学模型,解决了一般图像测量系统需借助外部设备进行标定和夹角测量的问题。构建了非正交水平工作台移动策略,用于光学显微图像大面积无缝无特征拼接,减小了拼接量,扩大了横向测量范围,解决了测量视场与横向测量分辨率受限于物镜数值孔径的问题。     

一种高分辨率的光纤定位单元定位精度的测量装置

目前对光纤定位单元定位精度的检测所使用的测量手段是摄影测量,由于被测光纤的孔径非常小,使得这种测量方法的分辨率不高。该文提出了一种新的测量方法,检测装置由显微镜、CCD相机、二维精密移动平台组成。被测光纤通过显微镜放大成像于CCD中,通过对CCD所拍摄照片的实时处理,建立位置反馈机制,实时操控二维精密移动平台追随光纤运动,光纤在运动中始终成像于CCD视场中心,通过读取移动平台坐标的变化来表征光纤移动的位置变化。实验结果表明,该套测量系统的分辨率达到了0．1μm,重复定位精度1．5μm,实现了高精度的检测要求。     

基于高斯拟合测量CCD灵敏度均匀性

在精密度要求较高的图像测量领域中,CCD灵敏度的不均匀对测量精度有较大的影响。因此,提出了一种基于小孔衍射原理的高斯曲面拟合像面光场测量CCD灵敏度均匀性的方法。由于CCD自身的物理结构设计不均匀性、响应非线性以及暗电流等噪声因素使得光响应偏离实际值,该方法通过对CCD像面上感兴趣光场域进行高斯曲面拟合来确定零点像素的灰度响应。对所有像素测量完成之后通过归一化即可计算出CCD灵敏度均匀性。实验结果表明:对所使用的CCD47-10系列,计算其CCD灵敏度均匀性为2.14%。该测量方法基本满足设计原理简单、稳定性可靠、抗干扰能力强的要求,完成了快速、自动测量。     

铸坯表面温度场测量仪的研究

基于面阵CCD(charge coupled device)的测温系统可以有效克服氧化皮对铸坯表面温度测量的干扰,近年来成为高温测量领域研究的热点。但CCD的非线性关系导致动态测温范围窄、低温段测量精度低。基于窄带带通滤光片建立了单光谱辐射CCD测温模型,据此研制了由滤光片、CCD、CCD信号处理器及DSP构成的铸坯表面温度场测量仪。通过一点标定和自适应调整光积分时间,扩展了CCD测温范围,同时改善了低温段的测量精度,使各温度段测量结果趋于等精度分布;采用4级流水线机制及DSP、工控机(industrial personal computer,IPC)2级数据处理结构,提高了系统的实时性;该仪器还具有暗电流补偿和以太网传输功能。通过黑体炉标定和现场测量,结果表明研制的测温仪满足铸坯表面温度场测量要求。     

基于图像处理的轴类零件尺寸测量技术研究

采用图像检测技术对轴类零件尺寸进行非接触检测,实现了动态测量。在获取零件图像后,采用Sobel算子完成对图像边缘的初步定位,在此基础上,通过对图像边缘的离散点作最小二乘曲线拟合,达到边缘的亚像素定位,基于精度分析,得出了误差最小时的尺寸求解方法。通过标定系数k的求解,计算出精确的零件尺寸。实验表明,该方法能有效地提高检测精度,在CCD摄像机分辨率为1392×1040,像元尺寸为4.65μm时,检测误差<±20μm。     

基于面阵CCD图像的温度场测量研究

推导出具有实物面的高温辐射体温度和CCD像素点亮度之间的关系。结合比色测温法，给出一种基于彩色CCD图像的温度场测量方法。用一套经黑体炉标定过的测温系统，分别在黑体炉和普通煤炉上进行测温试验，取得较好结果。通过比较计算温度值和热电偶测量值，分析了本测温方法的误差来源。     

发动机缸体视觉图像定位方法研究

针对发动机缸体孔系实现在线自动测量的难题,提出了基于视觉图像的发动机缸体定位方法。通过面阵CCD获取发动机缸体定位销孔图像信息,利用图像处理提取定位销孔中心位置,以此建立每个被测缸体的测量基准。使用环形双峰阈值法与中值滤波对图像进行预处理,有效地解决了定位销孔具有倒角影响图像边缘提取精度的问题。为验证此定位方法的准确性与可行性,分别进行了发动机缸体定位孔直径与位置度重复性测量与发动机缸体上表面孔组直径与位置度重复性测量实验。实验结果表明所提出的视觉定位方法稳定可靠,实现了发动机缸体的快速、精确定位,为实现发动机缸体的在线检测打下了可靠基础。