高精度小平面干涉检测技术研究

发布时间：2017-08-31 10:35

  本文关键词：高精度小平面干涉检测技术研究

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【摘要】：光学元件表面高精度的检测一直是光学检测领域追求的目标。目前国外高精度干涉检测技术的水平处于领先地位,高精度干涉检测仪器大多为相移干涉仪,它需要高精度的相移器件以及对应的移相误差算法和移相标定算法。为了利用相移干涉算法高精度的优点,又能避免相移器件带来复杂的误差,本文在菲索型干涉结构的基础上采用了不需要硬件相移器件的虚拟数字相移技术。该技术避免硬件相移器件的相移误差,并保证相移量的准确性,适用于各个口径的光学平面检测。因此展开对虚拟数字相移干涉技术的研究具有重要意义和应用价值,主要研究内容有：首先论述了相移干涉术的基本原理、影响移相干涉高精度检测的关键因素以及虚拟数字相移的基本原理；其次运用Matlab软件仿真分析了标准四步相移算法、傅里叶变换算法和虚拟数字相移算法的相位提取技术的精度；针对口径为φ50mm的小平面(PV值为0.0473λ, RMS值为0.0112λ)进行仿真,使用虚拟数字相移法重建该波面,得到该波面面形(PV值为0.0496λ,RMS值为0.0112λ),仿真检测面形与原始面形的波面残差的PV值为0.005λ, RMS值为0.00037λ,达到了高精度的检测要求。在实施虚拟数字相移的过程中,会引入滤波的问题,本文提出了一种简化的滤波方式,在滤波时同时提取正负一级频谱,不需要做频谱移中处理。该方法可以避免傅里叶变换中常见的频谱移中误差,同时也简化了提频过程。仿真实验验证了该方法提频的正确性,并且具有简单高效的特点。使用ZYGO干涉仪对样品进行测量并获得了干涉图像,被测平面的PV值为0.216λ,RMS值为0.017λ。运用虚拟数字相移算法对该干涉图进行处理分析,获得被测平面的面形PV值为0.231λ,RMS值为0.034λ。通过对样品进行测量,并对实验过程中的系统误差进行分析,证明该算法可以实现高精度的相位检测,并且非常适用于生产现场的高精度面形检测。
【关键词】：平面检测 相移干涉 菲索干涉 虚拟数字相移 Zernike拟合
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题的研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外的干涉检测技术的研究现状和发展趋势10-13
• 1.3 本文研究的主要内容及组织结构13-15
• 2 菲索干涉检测技术的原理与方案15-24
• 2.1 菲索式干涉仪的基本原理15-22
• 2.1.1 移相技术及其优缺点16-18
• 2.1.2 影响干涉检测精度的关键技术18-22
• 2.2 高精度检测技术流程22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 干涉图的高精度处理及仿真24-46
• 3.1 常见的相位提取算法24-27
• 3.1.1 相移算法24-26
• 3.1.2 傅里叶变换算法26-27
• 3.2 虚拟数字相移的高精度相位提取技术27-31
• 3.2.1 莫尔条纹27-29
• 3.2.2 虚拟数字相移算法29-30
• 3.2.3 滤波提频的关键技术30-31
• 3.3 泽尼克波面拟合算法31-34
• 3.3.1 Zernike波面拟合的基本原理31-32
• 3.3.2 Zernike多项式项数的选取32-34
• 3.3.3 Zernike多项式用于波面重建算法的优点34
• 3.4 常见算法的仿真结果及对比分析34-45
• 3.4.1 仿真实验流程34-35
• 3.4.2 相位提取仿真及对比分析35-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 高精度虚拟数字相移检测实验及结果分析46-54
• 4.1 虚拟数字相移干涉的实验46-47
• 4.2 数字相移干涉实验结果及分析47-51
• 4.3 干涉波前对干涉结果影响的仿真实验及分析51-52
• 4.4 本章小结52-54
• 5 影响干涉检测精度的误差分析54-62
• 5.1 干涉检测系统误差分析54-55
• 5.2 滤波提频误差的影响55-61
• 5.2.1 滤波窗口的大小对检测精度的影响55-59
• 5.2.2 滤波窗口的形状对检测精度的影响59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 6 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文68-69
• 致谢69-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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中国硕士学位论文全文数据库 前3条

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本文编号：765105