激光扫描法测量天文光学零件面形的研究

发布时间：2017-10-03 12:32

  本文关键词：激光扫描法测量天文光学零件面形的研究

  更多相关文章： 非接触式 自动化 粗磨检测 曲面拟合 低成本

【摘要】：云南天文台于2013年申请建立云南省应用天文技术工程实验室,现已获批。在当前亟待解决的关键技术问题中,对天文光学零件镜面的面形检测是一个重点。常用的检测方法分为接触式检测和非接触式检测两大类。目前工厂中通常使用接触式球径仪对光学镜面进行粗磨检测,这种测量方法虽然原理简单,但是由于测量点有限,网格较粗,效率低下,而且因为是接触式测量,所以不适合检测晶体等表面较软的镜片,同时对于表面光洁度要求较高的镜面也存在检测困难。而非接触式球径仪市场价格又十分昂贵,在光学零件研磨初期并没有很高的性价比。因此,研制出一套相对低成本、扩展性强、灵活度高的非接触式自动化面形检测系统实现球径仪的功能,完成对光学镜面的粗磨检测是十分必要的。本系统硬件上采用KEYENCE LT-9031高精度激光测量仪、DANAHER ULTI-MAC-G型控制器及配套二维移动平台和卓立汉光KSAV2030-ZF高精密电控垂直升降台搭建,并基于STM32系列控制芯片设计制作了控制器完成指令分配和调度功能,利用串口通信控制x轴/y轴二维平移台的运动实现网格扫描,基于激光扫描法测量面形弧高,但由于采用的共焦显微镜原理测量范围较窄,添置了z轴升降台扩大测量范围,设计上位机控制程序和人机交互界面,使系统在后期使用更为灵活便捷,编写了曲面拟合算法,最终实现光学零件面形数据的自动采集、拟合,以及相关光学参数的计算。通过实验证明,无论待测光学零件的表面落差是否超出激光头测量范围,本文研究的非接触式面形检测系统均可完整采集所需面形数据,并在曲面拟合后给出相关光学参数。该系统实现了软硬件结合,能对多种光学零件面形进行一键式自动检测,并能达到粗磨检测的精度要求,并且成本较低,能满足我实验室工作的需要,也符合市场需求。
【关键词】：非接触式 自动化 粗磨检测 曲面拟合 低成本
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(云南天文台)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74;TG806
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外面形检测技术的发展现状11-22
• 1.2.1 接触式检测11-15
• 1.2.2 非接触式检测15-22
• 1.2.3 其他检测方法22
• 1.3 主要工作和研究内容22-24
• 1.3.1 主要研究工作22-23
• 1.3.2 论文内容安排23-24
• 第二章 激光扫描法及其在系统中的应用变形24-30
• 2.1 激光扫描法技术原理和分类24-28
• 2.1.1 平移法24-25
• 2.1.2 旋转法25-26
• 2.1.3 平移旋转法26-28
• 2.2 激光扫描共焦显微镜原理28-29
• 2.3 小结29-30
• 第三章 基于激光扫描法的面形检测系统硬件结构30-52
• 3.1 激光测量仪系统30-37
• 3.1.1 激光感测头32-33
• 3.1.2 激光扫描控制器33-37
• 3.2 平台运动控制系统37-48
• 3.2.1 二维平移台子系统37-42
• 3.2.2 垂直升降台子系统42-48
• 3.3 调度控制器48-50
• 3.4 小结50-52
• 第四章 基于激光扫描法的面形检测系统软件设计52-62
• 4.1 自动测量方案52-54
• 4.2 调度控制器软件设计54-55
• 4.3 PC上位机55-60
• 4.3.1 通信模块56-57
• 4.3.2 参数设置模块57-58
• 4.3.3 实时采样模块和数据处理模块58-60
• 4.4 小结60-62
• 第五章 基于激光扫描法的面形检测系统测试及误差分析62-72
• 5.1 误差分析及处理62-64
• 5.2 系统测试及数据分析64-70
• 5.3 小结70-72
• 第六章 结论与展望72-76
• 6.1 本文主要研究内容72-73
• 6.2 未来工作73-76
• 参考文献76-78
• 在学期间发表的论文与研究成果78-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李叶;黄华平;林培群;崔艳梅;李勤奋;郑勇奇;;激光扫描共聚焦显微镜的基本原理及其使用技巧[J];电子显微学报;2015年02期

2 张婷;;人机交互界面设计在产品可用性中的应用研究[J];包装工程;2014年20期

3 杨子贤;王洪星;易小平;;激光扫描共聚焦显微镜在生物科学研究中的应用[J];热带生物学报;2013年01期

4 王孝坤;;利用子孔径拼接法测量大口径凸面反射镜[J];应用光学;2013年01期

5 王孝坤;;激光跟踪仪检验非球面面形的方法[J];光子学报;2012年04期

6 郎治国;谭久彬;;大口径非球面的超精密回转扫描测量技术研究[J];光电子.激光;2010年06期

7 李雪宝;许骏;邓林华;宋腾飞;;非接触式激光平面检测系统[J];现代电子技术;2010年03期

8 刘艺柱;杨瑞兰;;采用滑动平均滤波法提高硬币识别准确率的研究[J];制造业自动化;2010年01期

9 刘东;杨甬英;田超;卓永模;;用于非球面通用化检测的部分零位透镜[J];红外与激光工程;2009年02期

10 李二涛;张国煊;曾虹;;基于最小二乘的曲面拟合算法研究[J];杭州电子科技大学学报;2009年02期

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本文编号：965235