用激光干涉法测量长度的智能化处理技术研究

介绍利用激光干涉与数字图像处理技术以及应用FFT分析干涉涤纹方法，分析并解决测量端面长度标准中条纹图的处理技术。应用这种方法不但提高了测试过程的自动化程度，而且大大地提高了测量精度。文中给出了最典型的端面长度标准量块的干涉条纹小数部分的实测结果。     

一种基于F-P标准具的金属线膨胀系数测量方法

本论文提出一种基于F-P标准具的金属线膨胀系数测量方法.该方法利用光杠杆将金属棒受热膨胀时的伸长量转化为F-P标准具干涉光场中干涉条纹半径的变化,通过测量干涉条纹的间距便可实现对金属线膨胀系数的测量.由于该方法仅需测量F-P标准具干涉光场中外侧条纹的间距,并且F-P标准具的多光束等倾干涉可以产生锐利的干涉条纹,因此测量过程更加简便,实验结果的精确度更高.通过实验测量验证了该方法的可行性与可靠性.     

扫描白光干涉测量技术的算法比较

干涉条纹零光程差位置的确定是扫描白光干涉测量的关键技术之一。介绍了扫描白光干涉法测量物体轮廓的原理,讨论了确定白光干涉条纹零级条纹位置的几种方法,并对随机生成的表面进行了大量的数字模拟测量和分析比较,得出了各种算法对测量准确度的影响。研究结果对白光干涉的应用研究提供了可靠的理论根据。     

气泡的远场干涉分析及应用

提出了一种分析气泡远场干涉的理论模型。平行激光束照射到透明介质中的气泡上,折射光束与全反射光束在远场发生干涉形成内密外疏圆环状干涉条纹,推求了两平行出射光线的光程差公式和两光线之间的距离公式,分析了圆环状干涉条纹内密外疏的原因,给出了计算干涉条纹存在区域和最高干涉级的方法。通过干涉方法可以测量气泡的直径,能够用于介质深处气泡尺寸的测量。利用远场干涉对玻璃水箱、平板玻璃、玻璃棱镜中的气泡直径进行了测量,其中玻璃棱镜中气泡直径测量结果与用阿贝比长仪测量结果对比,相对差为0.9%。预期了气泡远场干涉在运动气泡尺寸、泡内气体折射率、透明光疏介质中光密介质球尺寸测量等方面的应用。     

利用激光干涉测钢丝的杨氏弹性模量

分析了在洛埃镜干涉装置中等效双狭缝间距变化对干涉条纹密度的影响。导出了钢丝因受力引起的绝对伸长量与干涉条纹密度变化之间的关系 ,并通过它计算了钢丝的杨氏弹性模量。结果表明 ,激光干涉法不仅比光杠杆法测量的量要少 ,而且用该方法通过测微目镜测条纹的位置要比光杠杆法通过望远镜对标尺读数精确 ,其测量结果要比光杠杆法更准确可靠     

等倾干涉条纹的采集与处理

迈克尔逊干涉仪是测量微小长度的精密仪器。实验中,测量等倾干涉条纹个数是重要环节。为了实现单片机自动计数,对干涉条纹的采集和处理是前提条件。本文详细介绍了等倾干涉条纹,以及对它的采集与处理方法。     

分光仪调整中干涉现象的分析与应用

描述了在分光仪调整实验中观察到的干涉条纹现象,并且当转动平行平板玻璃时,该干涉条纹有粗细疏密变化.本文从理论上分析了产生干涉条纹及干涉条纹疏密粗细变化的原因.在已知平行平板玻璃的厚度和光的波长的情况下,可应用该现象测量平行平板玻璃折射率,给出了折射率的计算方法,对结果进行了数据处理及误差分析.     

空间载频干涉法全场测量长度技术

在研究二维快速傅里叶变换法进行干涉测试基本原理的基础上,提出一种基于二维快速傅里叶变换的长度测量法.以量块长度的测量为对象,被测量块置于泰曼-格林干涉仪测试光路中,参考光波分别与待测长度的量块表面和辅助平面反射的测试光波形成干涉条纹,条纹由图像采集系统采集.利用编制的算法处理软件,通过处理干涉条纹图中量块边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一,获得了量块全场表面的空间长度分布,实现了对量块长度的自动化测量.结果表明:该测量法不仅具有较高的测量准确度,而且具有全场测试和非接触测量等优点.     

空间载频干涉法全场测量长度技术

 在研究二维快速傅里叶变换法进行干涉测试基本原理的基础上,提出一种基于二维快速傅里叶变换的长度测量法.以量块长度的测量为对象,被测量块置于泰曼-格林干涉仪测试光路中,参考光波分别与待测长度的量块表面和辅助平面反射的测试光波形成干涉条纹,条纹由图像采集系统采集.利用编制的算法处理软件,通过处理干涉条纹图中量块边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一,获得了量块全场表面的空间长度分布,实现了对量块长度的自动化测量.结果表明：该测量法不仅具有较高的测量准确度,而且具有全场测试和非接触测量等优点.     

四波混频实时光学检测

分析了利用掺铁铌酸锂晶体作介质的简并四波混频及其在干涉计量术中应用的原理,描述了被测透明样品的表面各光波及其干涉形成的透射条纹及反射条纹,利用光折变晶体的介电驰豫特性,求得透射条纹和反射条纹的对比度随时间变化的公式及各参数的相互关系。对由透射条纹及反射条纹计算被测透明物体样品折射率和厚度不均匀性的方法作了数学分析,提出一种新型四波混频实时测量透明物体的光学不均匀性的方法和实验光路,对相关参数对测量过程及测量结果的影响作了探讨,得到了平板玻璃样品的干涉条纹图像,计算出实验结果。     

A new method of noncontact gauge block calibration using the fringe counting technique: II. Experimental verification

An experimental verification of a new noncontact interference method for gauge block or length bar calibration is presented. In this technique, the length of the tested artifact is measured by means of the counting fringe method. A new technique for central interference fringe detection is used for evaluation of the end surface positions of the measured artifact. The experimental set-up and length measurement procedure are described. Preliminary experimental results and uncertainty analysis of the proposed method are presented.     

Study on an automatic processing technique of the circle interference fringe for fine interferometry

The fringe center method (FCM) is an important digital processing technique of fringe patterns analysis for interferometry. In this paper, an improved automatic processing technique based on FCM was presented, which correlated the processing link and the looped feature of the circle fringe pattern. It also integrated several techniques including noise removal, the fringe thinning, the fringe patching, assignment of the fringe orders and wavefront reconstruction and can be executed orderly and automatically. Based on the new the algorithms of the fringe patching and assignment of the fringe orders, the fringe feature information was extracted automatically and the interference wavefront was reconstructed by Zernike polynomial fitting method. With the automatic processing technique, the circle interference fringe of the fine polished aluminum disks surface captured by the Twyman-Green interferometer was processed, and the surface profile and the parameters of the disk were obtained automatically. The experiments show that the improved automatic processing technique was more accurate and fast in measurement than the conventional one. It was convenient to use it in in-situ industry inspection.     

A new method of non-contact gauge block calibration using a fringe-counting technique: I. Theoretical basis

A new non-contact interference method for gauge block or length bar calibration is presented. A central interference fringe of polychromatic light is used for the determination of the end surface position of the measured artefact. Distances referring to these positions are measured using a fringe-counting technique, with a wavelength-stabilized laser interferometer. Absolute and comparative measurement methods are proposed. A new technique for central interference fringe detection and identification is discussed.     

利用联合付里叶变换谱干涉法测量透镜焦距

本文提出了采用联合付里叶变换频谱干涉法测量透镜焦距的方法。输入面上两个分布完全相同的图像经光学付里叶变换在频谱面上得到二者付里叶变换频谱的干涉条纹，通过测量干涉条纹的间距即可得到透镜的焦距。该方法装置简单、操作调整方便；易于采用实时空间光调制器、ＣＣＤ及微机实现快速自动测量，且具有较高的精度。文中进行了原理分析和实验验证。     

基于干涉条纹跟踪实现纳米级位移测量的方法研究

设计了一套干涉条纹图像实时采集处理系统。在分析迈克尔逊干涉条纹特征表象的基础上 ,给出了通过跟踪干涉条纹的移动量测量被测对象纳米级位移量的理论公式 ;提出了干涉条纹特征点的提取与跟踪算法 :分段线性变换、方形窗口中值滤波和门限化边缘提取 ,给出了基于统计学原理的通过计算多条干涉条纹移动量获得被测对象纳米级位移量的计算公式。实验结果表明了该方法的有效性和实用性     

用于数字莫尔干涉术的莫尔滤波合成法

提出一种新型的用于数字莫尔干涉术的快速数字莫尔合成算法———莫尔滤波合成法,使原始条纹图叠加形成的莫尔条纹图最大比例地携带了人们所感兴趣的信息。通过简单的数字图像处理就可提取出有用的空间频率信息,得到理想的莫尔条纹,减少了有用信息的损失。可应用于直接与复杂标准波面比较的场合,如非球面面形检测,轮廓测量等。     

入射角和薄片表面特性对激光干涉测温的影响

以激光干涉为理论基础,采用具有不同表面光学特性的单晶硅片和K-8光学玻璃为样品,针对不同的测量条件,研究干涉条纹对比度变化对温度测量的影响.分析了薄片干涉条纹对比度与测量光束直径、入射角、样品表面粗糙度以及表面镀膜之间的相互关系,研究了薄片的横向温度梯度对干涉对比度的影响.实验结果表明,上述各因素对温度测量参量对比度产生的影响具有规律性,并在一定对比度阈值条件下,能够满足精确测温的条件要求.     

乌氏干涉测量的信息读取

针对乌氏干涉仪条纹信号调整难、用肉眼读数难等问题,提出将He-Ne激光作为乌氏干涉仪光源的设计,得到了高质量的干涉条纹信号,并采用光电转换方法将条纹移动信号转变为电信号实现了微位移的高精度测量。设计了光电信号检测电路,利用双门限整形电路标定出整形方波,克服了干涉信号在设定比较值附近抖动引起误处理的缺点;提出了辨向细分电路,在1路干涉条纹信号下,提取了具有正交性的2路电子信号,实现了干涉条纹的移动辨向与信号细分。按此方案设计并搭建了一套激光干涉检测实验装置,用2个计量差值为5μm的标准量块,对激光干涉检测装置进行了标定,在电路为4细分的情况下,该装置测量分辨率达79 nm;解决了乌氏干涉仪自动读数的问题,提高了乌氏干涉仪的测量精度和准确性。     

Displacement measurement method based on laser self-mixing interference in the presence of speckle

In order to achieve the accurate measurement of displacement, this Letter presents a self-mixing interference displacement measurement method suitable for the speckle effect. Because of the speckle effect, the amplitude of the self-mixing interference signal fluctuates greatly, which will affect the measurement accuracy of displacement. The ensemble empirical mode decomposition is used to process the interference signal, which can filter out high-frequency noise and low-frequency noise at the same time. The envelope of the self-mixing interference signal is extracted by Hilbert transform, and it is used to realize the normalization of the signal. Through a series of signal processing, the influence of speckle can be effectively reduced, and the self-mixing interference signal can be transformed into standard form. The displacement can be reconstructed by fringe counting and the interpolation method. The experimental results show that the method is successfully applied to the displacement measurement in the presence of speckle, which verifies the effectiveness and feasibility of the method.