平行光束干涉投影的微小零件形貌测量技术

发布时间：2017-09-01 12:24

  本文关键词：平行光束干涉投影的微小零件形貌测量技术

  更多相关文章： 形貌测量 干涉条纹 光学相控阵 相位调制 移相精度

【摘要】：光学形貌测量技术采用非接触式的测量方法获取物体表面的轮廓信息,在精密测量方面具有广阔的应用前景。条纹投影法在用于生成三维表面信息方面已经成为光学形貌测量技术中十分活跃的研究领域,变频、变相位投影条纹的产生是其核心问题,对测量精度和效率具有决定性作用。常规的光栅投影无法兼顾高精度、强适应性、高速度条纹投射,数字投影虽可实现自适应,但受分辨率限制,难以产生高密度正弦条纹,这两种条纹投影技术均不适用于微小零件形貌的精确测量。结合自适应光学中的波前控制与校正思想,引入波阵面调制技术,通过对干涉臂光束波阵面的调制实现干涉投影条纹空间光场的动态调整。为微小零件的形貌测量提供了一种可获得高空间分辨率和强适应性的正弦条纹的条纹投影方式。主要研究了平行光束干涉投影的微小零件形貌测量中的如下技术问题:1)通过深入学习相位测量轮廓术及光学相控阵的相关知识,建立了平行光束干涉投影的测量系统数学模型,为恢复物体形貌打下理论基础。2)平行光束干涉投影条纹由可快速改变相干光波前相位的光学相控技术确定,能够动态调整投影条纹图样,有助于提高测量效率。重点研究电光晶体波前相位调制误差对干涉条纹分布误差的传递关系。建立了电光晶体对干涉条纹的成像模型,分析晶体折射率、平面度与波前调制的关系及非理想条件下的条纹成像特征,可以为形貌测量精度分析提供依据。3)光学相控技术具有高分辨率,能够对投影条纹相位进行精确调整,有助于提高解相精度。建立相控阵控制光束指向精度对移相精度的模型,分析光束指向与移相之间的误差传递关系,对误差进行修正。设计的平行光束干涉投影系统采用光学相控装置作为光束角度的微调机构,可以实现干涉条纹空间能量分布的调整和纯电控移相,为基于条纹投影的三维形貌测量方法提供新型投影方式。
【关键词】：形貌测量 干涉条纹 光学相控阵 相位调制 移相精度
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 第1章 绪论9-26
• 1.1 选题背景及意义9
• 1.2 三维形貌测量技术国内外发展现状9-22
• 1.2.1 接触式测量方法10-12
• 1.2.2 光学非接触测量方法12-21
• 1.2.3 三维形貌测量方法比较21-22
• 1.3 用于微小零件的形貌测量技术22-24
• 1.3.1 条纹投影三维形貌测量22-23
• 1.3.2 光学相控技术23-24
• 1.4 研究内容24-26
• 第2章 平行光束干涉投影形貌测量系统26-42
• 2.1 条纹投射系统26-27
• 2.2 干涉条纹投影测量系统原理27-34
• 2.2.1 测量系统27-29
• 2.2.2 数学建模29-34
• 2.3 相位测量轮廓术概述34-41
• 2.3.1 傅里叶变换轮廓术的基本原理34-36
• 2.3.2 相移轮廓术36-38
• 2.3.3 实时傅里叶变换相位轮廓术中快速相位解包裹技术38-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 波前相位调制模型42-56
• 3.1 光学相控阵的基本原理42-46
• 3.2 波前相位调制原理46-49
• 3.3 仿真与分析49-55
• 3.3.1 光束角度偏转49-51
• 3.3.2 波前相位调制51-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第4章 光束指向精度对移相精度的影响56-65
• 4.1 两束平行光的干涉56-59
• 4.2 相移系统59-64
• 4.3 本章小结64-65
• 第5章 实验65-70
• 5.1 搭建平行光束干涉投影形貌测量实验平台65-66
• 5.2 条纹图像滤波处理66-67
• 5.3 傅里叶变换法求解条纹相位67-68
• 5.4 相位解包裹68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 导师简介77
• 企业导师简介77-78
• 作者简介78-79
• 学位论文数据集79

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本文编号：772066