并行共焦检测的三维信息获取与处理过程

提出了在共焦系统中,利用多道检测光路实现对被测物三维信息并行检测、记录的新方法。文中着重阐述了新方法三维信息的获取及处理过程,并给出了初步的实验结果。     

非扫描并行三维共焦检测技术综述

共焦测量方法由于其高精度、高分辨率及易于实现三维成像数字化的独特优势而被广泛应用.近年来,非扫描三维并行共焦技术引起各国专家的普遍关注,该技术将单点扫描变为多路并行探测,同步对被测表面的不同点进行检测,从而无需扫描实现全场同步测量.该文论述了近年来国内外在共焦并行全场检测技术方面的研究进展,介绍了国内外几种并行共焦检测系统的情况,及作者已进行的有关研究进展.     

一种并行共焦显微镜的设计与研制

并行共焦显微镜是一种综合了光学、机械、电子、计算机及数字图像处理等技术,具有较高的横向和纵向分辨力的新颖三维表面无损检测仪器.为了保证其装配调节方便,在关键部件的结构设计上采用了微调结构,主要介绍了并行共焦显微镜的光学系统、物镜组设计、关键部件的微调结构设计及结构组成。     

拼接式反射镜共焦误差检测

基于传统的夏克-哈特曼波前传感技术,针对实验室现阶段所拥有的合成孔径望远镜系统设计了一套共焦检测系统,用于对合成孔径系统的拼接主镜进行倾斜量误差检测。由于受实验平台振动和实验环境气流扰动等因素的影响,导致检测系统的夏克-哈特曼光斑质心阵列做无规则的抖动,检测系统难以实现高精度共焦。针对该问题提出采用连续帧频数据采样叠加滤波处理的方法来克服实验环境因素的影响;将采集的连续帧频数据逐帧处理,相互叠加,分析光斑质心分布规律,通过构建光斑分布图样最小外接矩形获取光斑质心位置,从而有效的提高了共焦检测系统的准确度。实验表明中心镜沿x与y方向的倾斜量误差数据的标准差分别从0.0297与0.0092降到了6.0×10^-5与5.1614×10^-4。最终光斑质心数据的稳定性得到了不止一个量级的提升,良好的克服了因实验环境因素导致检测系统精度损失的问题,同时也验证了共焦检测系统方案的可行性。     

二维扫描共焦显微镜的研究

从光学系统、机械扫描、光电转换、数据采集、计算机控制、三维重建等几大方面详细地介绍了研制的二维扫描共焦显微镜 ,并对其应用前景进行了预测。     

基于数字微镜器件的共焦显微镜的设计与实验

单点式共焦显微镜由于扫描速度低,光能利用率不高逐渐被多点并行的扫描方式代替.现有的并行扫描方式同样存在一些缺点,限制了测量精度的进一步提高.本文研究了基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)的多路并行共焦显微镜.利用计算机程序控制DMD芯片上微镜的偏转状态,从而对光源进行调制,形成多路光束,其作用相当于可以控制的虚拟针孔阵列.设计了基于DMD的共焦检测光路,采用分光片的方法解决了由于分光棱镜内表面反射造成的重像干扰问题.对所搭建的光路进行了深度响应曲线测试实验,并且建立了基于DMD的共焦显微镜样机.样机的测量实验结果表明:基于DMD的共焦显微镜不仅具有较高的分辨率,并且具有扫描速度快、测量范围大的优点.     

大型机床设备故障的信息获取和检测方法

大型机床体积庞大、元器件众多,某个元件有损坏、环境的影响等都容易引发故障。要预防和迅速找出故障、隐患,并及时排除,就需用有效的检测方法获取设备故障信息。     

激光共焦显微光束的偏转扫描

为了提高激光共聚焦系统的扫描速度,本文提出一种逐场扫描的场同步扫描方法。构建了激光共焦显微系统,将美国THORLABS公司的GVS002型二维检流计振镜应用于该系统,根据光学系统参数以及扫描范围要求计算振镜的整场扫描波形。借助NI公司的PCIe6353多功能数据采集卡,输出行同步的扫描波形,同时,对共焦显微系统共焦位置上针孔处的光强信号进行采集,先后扫描一幅256×256和512×512的图像,记录扫描图像和成像时间;然后,在相同的硬件结构下,以场同步的方式输出扫描波形,记录扫描图像和成像时间。实验结果表明:场同步方式扫描256×256图像的速度可提高10倍,扫描512×512图像的速度可提高5倍,且满足共焦显微成像的清晰、抗干扰能力强等要求。与行同步扫描方法相比,场同步扫描方法可以消除行与行之间转换的停留时间,在不改变硬件的情况下大幅提高扫描速度。     

激光扫描共焦显微镜技术的应用

本文介绍了激光扫描共焦显微镜的组成原理及功能特点,并较全面概括地介绍了其在生物医学中的重要应用。     

基于共焦显微条件下线结构光共焦显微术的研究

美国的Minsky在20世纪50年代末提出共焦显微术的概念以来,尽管共焦显微术可以获得更高的分辨率,但不仅成像速度慢,而且需要使用光电增强器对采集光点信号进行增强,导致制造成本过高,所以除一些成像质量要求极高的显微系统外,其他的显微系统很少应用。讨论了线结构光共焦显微术的原理、优缺点以及影响性能的几个重要因素,并介绍其最新的研究状况。     

基于激光共焦扫描显微镜方法的磨损表面三维数字化描述

表面形貌的精确描述在许多领域诸如材料、生物医学、摩擦学和机器状态监测等领域变得越来越重要。开发了一种基于激光共焦显微镜和图像处理技术的研究磨损表面及表面参数的新方法。首先用B io-rad Rad iance 2000激光共焦显微镜方法获得精确的三维表面形貌,然后用计算机辅助图像分析技术自动计算出表面特征参数。应用示例表明本文所研究的方法是可靠的,能对工程表面的表面粗糙度特征进行精确描述。     

激光差动共焦曲率半径测量系统的研制

针对国内高精度曲率半径计量需求,研制一套激光差动共焦曲率半径测量系统.该系统采用差动共焦定焦技术,利用轴向光强响应曲线的过零点精确对应物镜聚焦焦点这一特性,借助过零点对被测件的猫眼和共焦位置进行精密瞄准定位,通过干涉测长技术获取两点间的距离,继而实现曲率半径的高精度测量.该测量系统的机电控制由主控软件完成,可实现机电扫描、数据采集及数据处理,自动化程度高.实验证明,该系统定焦灵敏度高,受环境波动影响小,测量精度可达3×10-6,满足了高精度曲率半径的计量需求.     

单光源双光路激光并行共焦测量系统设计

针对传统激光并行共焦测量过程中存在的泰伯效应,提出将数字微镜器件（DMD）引入激光并行共焦测量系统来正确辨识正焦面的位置。采用了DMD作为光分束器件,从理论上验证了它是一种投影式的阵列光源,对激光分束后不会在光路方向上产生泰伯像;同时,考虑DMD不能对分束后的光线产生会聚作用,并非高效的并行光源分束器件,本文将DMD与微透镜阵列(MLA)结合构建了单光源双光路并行共焦测量系统。该系统利用DMD光路探测正焦面位置,利用微透镜阵列光路进行精确的共焦测量。实验结果表明,两种光路下的正焦面位置仅相差2 μm,在一个泰伯间距范围之内,可以较好地克服泰伯效应对激光并行共焦测量的影响,进而保证较高精度的并行共焦测量。     

点扫描激光共焦显微镜物镜参数的确定

在设计点扫描激光共焦显微镜测量系统时 ,物镜参数的选择是至关重要的 ,因为它的数值孔径大小直接影响着系统的测量精度。本文对系统测量精度达到 1μm时物镜参数的选择进行了详细的阐述。     

拉曼光谱仪的两种共焦显微术的对比

介绍了拉曼光谱仪采用的共焦显微术的广泛应用；叙述了真共焦显微术的基本原理和优点，以及简单共焦（即“赝共焦”）显微术的主要缺点；列出了有关实验结果及数据对比。     

基于光谱共焦原理的滚珠螺母多尺度测量方法

针对小尺寸滚珠螺母因其内腔构型较复杂,孔径小,内腔型面数据获取困难,加工质量评定难以为继的问题,提出一种基于光谱共焦原理的滚珠螺母多尺度测量方法。使用非接触式光学位移传感器对其内腔进行分度式轴截面扫描,获取柱坐标系下内腔表面三维点云数据。采用均匀插值滤波剔除滚道—内径处的异常点以及小波阈值法对原始测量数据进行去噪。以二维小波分解的多分辨分析特性为基础,利用小波分解能量守恒性质自适应确定分解层数,对转换到笛卡尔坐标系中沿母线展开的螺母内腔表面进行不同尺度分解,分别得到用于计算轮廓结构参数的低频成分与用于评定表面粗糙度的高频成分。实验结果表明本文提出的测量方法能够评定滚珠螺母内腔结构尺寸精度及表面加工质量,其重要结构参数如螺距、导程角的加工误差分别为2μm和0.016°。     

连翘苷的共焦显微拉曼光谱与普通拉曼光谱

目的：分别采用共焦显微激光拉曼光谱仪和普通拉曼光谱仪测定连翘苷对照品固体粉末的拉曼图谱,对比两种仪器所获得的图谱,总结两种拉曼光谱的优缺点。方法：采用RM-1000型共焦显微激光拉曼光谱仪和国产某型号激光拉曼光谱仪检测连翘苷对照品粉末的拉曼谱图,对其拉曼图谱进行比较并对结果进行分析。结果：两种拉曼光谱中均显示出了连翘苷的主要拉曼特征峰,可以用于定性鉴别;普通拉曼光谱图未显示出连翘苷的指纹峰,且其拉曼峰强明显弱于共焦显微拉曼图谱。结论：采用共焦显微激光拉曼光谱仪用于连翘苷的定性研究比普通拉曼具有明显优势,可以用于中药有效成分的鉴别。     

基于光谱共焦测量原理的波形弹簧自由高度检测技术分析

为解决波形弹簧人工检测效率低、检测精度差等问题,提出了一种基于光谱共焦测量原理的波形弹簧自由高度检测方法。该方法利用光谱共焦位移传感器与精密机械转台组成旋转扫描测量系统,在自由状态下实现对波形弹簧表面轮廓扫描测量,并针对其轮廓特征提出一种等步距窗口移动的峰值提取算法,完成了波形弹簧所有波峰峰值点的精确提取,最终实现对波形弹簧自由高度的精确评定。与传统人工测量方法相比,本方法的测量效率提高200%以上,测量精度由0.01mm提高到0.003mm,对波形弹簧工艺参数的优化以及制造性能的提升具有重要意义。     

并行像散共焦微结构探测光学系统分析与设计

以提高光学系统对测点正焦位置辨识精度为目标分析设计并行像散共焦系统。设计基于远心光路,采用20倍长工作距显微物镜作为系统物镜,采用2片正交对称配置的薄柱面镜组建像散镜组取代探测光路中的管镜,通过对像散镜组参数优化实现探测曲线过零点灵敏度的最大化,并利用像散原理的差动算法有效抑制了光学系统各种噪声和漂移对像散光场稳定性的影响,获得了高灵敏度、高稳定性、较好一致性的全场探测曲线。通过大量实验证明了优化像散镜组参数对提升探测曲线灵敏度的作用,证明了并行像散光场探测曲线有良好的稳定性,全场测点的正焦位置辨识精度能够达到50 nm。     

面向虚拟装配的信息获取与应用

介绍了面向虚拟装配的信息获取和重用方法,该方法可以实现虚拟装配环境快速构建和对虚拟装配系统的数据支持。首先建立虚拟装配系统的信息模型,实现了信息源与虚拟装配系统之间的联系。根据信息源的不同,将信息源分成基于计算机辅助设计系统、基于用户输入和基于装配规划模块三种方式进行获取,并将获取的各种信息应用到虚拟装配系统的装配规划和装配验证等功能模块中。通过实例,对虚拟装配信息获取和应用流程进行了说明。