白光垂直扫描干涉仪系统研究与设计

发布时间：2020-04-27 14:09

【摘要】：作为超精密检测的重要手段,白光垂直扫描干涉术具有非接触、分辨力高等特点,被广泛应用在台阶高度测量、表面粗糙度测量、膜厚测量等领域。近年来,针对白光垂直扫描干涉术在特定应用领域进行的理论及系统研究,形成了新的研究热点。在该背景下,本课题旨在研制一套高精度、高可靠的白光垂直扫描干涉仪系统。该系统包括白光垂直扫描干涉仪测头、测头控制箱、下位机软件和上位机软件等。主要工作内容如下:1.对超精密无损检测技术进行总结分析,重点探讨了白光垂直扫描干涉术。针对当前白光垂直扫描干涉仪系统研究中的不足提出了多核多线程的解决方案,并对多核多线程技术进行介绍。2.从功能需求、性能需求、运行需求三个方面完成系统的需求分析,并给出硬件系统和软件系统的整体设计方案。在软件系统设计中充分运用模块化思想保证了软件系统的稳定性、可扩展性和可维护性。3.对软件系统设计进行了详细的剖析。创造性的提出基于TILEncore-Gx36多核加速卡的干涉信号解算方法的多核多线程优化方法。确定了下位机软件和上位机软件详细的业务逻辑,并从高扩展性、高交互性出发完成图形用户界面的设计和布局。4.以设计方案为指导完成了硬件系统和软件系统的实现。在软件系统实现过程中运用了一些新颖、高效的工具从而提高了软件开发效率。同时实现了基于PCL的测量结果调平算法和基于OpenCV的自动台阶高度评价算法。5.为解决垂直大范围扫描中测量结果的可靠性问题,提出了一种基于干涉信号实时有效性分析的同步测量方法。研究分析了采样区间长度对不同解算方法的影响,提出了信号有效性判据。在此基础上给出了实时干涉信号识别的三个步骤和快速干涉信号提取方法。最后使用多核多线程技术实现了信号有效性检测和扫描的同步策略。6.使用标准台阶完成课题研制系统的台阶高度评价实验,实验结果表明该系统满足需求分析中的各项指标要求从而保证了该系统测量数据的有效性。同时基于该系统进行了大量的测量实验,验证了课题研制系统具有稳定性高、操作简单的特点。最后验证了基于干涉信号实时有效性分析的同步测量方法在垂直大范围测量中能够有效的提高结果的可靠性。实验中成功剔除了测量区域9.01%的无效数据,通过提高多核CPU的利用率减少了49.02%的运行时间。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH878

【参考文献】