应用于白光轮廓仪的白光相移干涉算法研究
发布时间：2020-12-02 15:07
白光扫描干涉术作为一种重要的非接触表面测量方法,其表面高度测量分辨率能够达到0.1 nm,具备测量速度快、非接触等检测优势,适用于航空发动机精密零部件、光学元件、光纤产品、液晶显示器3C玻璃等精密表面无损测量。本文对白光干涉信号的解算方法进行了深入研究,通过建立随机噪声影响下的白光干涉信号模型,分析开发了一种采用噪声平均思路构建的白光干涉信号解算方法。该方法采用一对动态正交基底将一维白光干涉信号分解在了二维信号空间中,通过对随机噪声的平均处理,提高了解算结果的重复性。该算法在所构建的白光轮廓仪系统上得到了应用与验证,系统标定实验使用了VLSI公司SHS-1800QC标准台阶,其标定结果显示设备测量重复性误差为0.93nm,相对误差0.52%。对涡扇发动机的传动轴滑油封盖、铝膜反射镜和光纤端面的测量实验表明了本方法具有较高的测量精度和较好的测量重复性。本文涉及的主要研究成果包括:（1）建立了一种噪声影响下的白光干涉信号模型。该模型将噪声划分为了系统性噪声和随机噪声两部分,分别影响白光干涉信号采样结果的波前相位和采样精度。（2）设计了一种具有较高解算精度和较优测量重复性的白光干涉信号解算方...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面抛光
中国民航大学硕士学位论文2对提高生产效率降低成本有重要意义。1.2微观表面的检测方法精密制造对检测工具的需求促进了检测方法的研究与发展，按照微观表面检测方法的实现方式，可将测量方法划分为接触式和非接触式两类。1.2.1接触式检测技术接触式检测方法指测量设备的探测部分在测量过程中直接接触被测样品表面，进而通过光学、电学等方法转换成测量系统能够处理的物理信号并最终将高度信息直观地展现出来[7]。作为主要的接触式测量方法，针触式轮廓仪使用触针直接接触被测样品表面，采用直角坐标测量法实现轮廓表面形貌测量，即通过X轴和Y轴位置传感器测绘出零件的表面轮廓点坐标，再将所测得的数据点绘制在同一区域内，实现表面三维形貌的检测。因此，当针触式轮廓仪触针在X-Y平面内运动获取三维表面高度值时，移动机构的运动精度对整个的表面的测量精度起着决定性的作用。图1-2是针触式轮廓仪测量探针示意图，当被测表面高低起伏变化时触针随之起伏变化，进而通过传感器即可读出高度起伏变化量。图1-2针触式轮廓仪测量探针接触式测量方法作为最早发展的微观表面检测技术，测量技术已经较为成熟，长度测量精度可达微米量级，能够较为精确地绘制出样品表面三维形貌，可应用于机械加工、精密工具、刀具、模具、逆向工程等行业领域[8-11]。但由于接触式测量方法本身的限制，其逐点测量速度慢，测量分辨率无法进一步提高，对复杂表面测量需要编程，且会对测量样品表面产生划痕损伤，因此限制了该测量方法的使用范围和发展前景。1.2.2非接触式检测技术非接触式检测技术主要有：扫描电子显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜、白光扫描干涉术、激光共聚焦方法、变焦测量技术、条纹投影技术、激光三角法等。但不
中国民航大学硕士学位论文4现航空发动机叶片冷却孔几何参数测量的商用设备。图1-3是μCMM在涡轮叶片表面检测中的应用，可实现涡轮叶片树形榫头、面型轮廓、缺陷检测和冷却孔形貌的测量[21]。图1-3涡轮叶片表面检测条纹投影技术是一种采用结构光实现物体表面三维形貌测量的方法[22]。测量时需要将编码调制出的黑白或彩色条纹透射到被测物体表面，通过检测物体表面结构光的变形实现表面三维形貌测量。其测量精度可达数十微米，能够实现对物体表面轮廓的快速测量。该方法可用于叶片表面形貌的测量，具有较高的测量效率[23,24]，图1-4为将黑白条纹投影在叶片表面上的结果。图1-4条纹投影测量叶片表面形貌激光三角法以入射激光和反射激光构成一个三角形实现表面高度测量[25]。测量时将激光以一定的入射角度照射在被测物体表面，在表面发生反射和散射后再另一角度位置汇聚成像在CCD感光芯片上，被测点的位置高度可由激光在CCD上的成像位置读出。该方法具有较高的测量精度，可用于航空发动机叶片检测，其测量分辨率可达10μm[26]，其测量系统如图1-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超连续谱激光光源研究进展[J]. 杨未强,宋锐,韩凯,侯静. 国防科技大学学报. 2020(01)
[2]基于扫描探针技术的超分辨光学成像和谱学研究进展[J]. 薛孟飞,陈佳宁. 物理. 2019(10)
[3]基于Christopherson迭代的超精密加工流场分析方法[J]. 杨航,马登秋,张强,刘小雍,樊炜,张云飞,黄文,何建国. 强激光与粒子束. 2019(06)
[4]工件圆度误差测量不确定度评定[J]. 王东霞,温秀兰,乔贵方. 光学精密工程. 2018(10)
[5]微纳结构几何特征检测技术的研究现状与发展趋势[J]. 周晓勤,侯强,刘强,许蓬子. 北京工业大学学报. 2015(03)
[6]接触式三坐标测量自由曲面轮廓的数据处理模型[J]. 仇谷烽,余景池,黄启泰,倪颖,王毅. 光学精密工程. 2013(11)
博士论文
[1]异端类型三坐标测量机结构原理及误差修正技术研究[D]. 王晨晨.合肥工业大学 2012
硕士论文
[1]光纤白光干涉测量技术应用研究[D]. 冯程成.桂林电子科技大学 2019
[2]汽车车身三坐标测量与数据处理的研究[D]. 胡建峰.湖南大学 2011
[3]表面微观形貌的测量及其表征[D]. 李志强.重庆大学 2006
[4]逆向工程中三坐标测量数据处理的研究及系统开发[D]. 季劲松.浙江大学 2002
本文编号：2895503
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面抛光
中国民航大学硕士学位论文2对提高生产效率降低成本有重要意义。1.2微观表面的检测方法精密制造对检测工具的需求促进了检测方法的研究与发展，按照微观表面检测方法的实现方式，可将测量方法划分为接触式和非接触式两类。1.2.1接触式检测技术接触式检测方法指测量设备的探测部分在测量过程中直接接触被测样品表面，进而通过光学、电学等方法转换成测量系统能够处理的物理信号并最终将高度信息直观地展现出来[7]。作为主要的接触式测量方法，针触式轮廓仪使用触针直接接触被测样品表面，采用直角坐标测量法实现轮廓表面形貌测量，即通过X轴和Y轴位置传感器测绘出零件的表面轮廓点坐标，再将所测得的数据点绘制在同一区域内，实现表面三维形貌的检测。因此，当针触式轮廓仪触针在X-Y平面内运动获取三维表面高度值时，移动机构的运动精度对整个的表面的测量精度起着决定性的作用。图1-2是针触式轮廓仪测量探针示意图，当被测表面高低起伏变化时触针随之起伏变化，进而通过传感器即可读出高度起伏变化量。图1-2针触式轮廓仪测量探针接触式测量方法作为最早发展的微观表面检测技术，测量技术已经较为成熟，长度测量精度可达微米量级，能够较为精确地绘制出样品表面三维形貌，可应用于机械加工、精密工具、刀具、模具、逆向工程等行业领域[8-11]。但由于接触式测量方法本身的限制，其逐点测量速度慢，测量分辨率无法进一步提高，对复杂表面测量需要编程，且会对测量样品表面产生划痕损伤，因此限制了该测量方法的使用范围和发展前景。1.2.2非接触式检测技术非接触式检测技术主要有：扫描电子显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜、白光扫描干涉术、激光共聚焦方法、变焦测量技术、条纹投影技术、激光三角法等。但不
中国民航大学硕士学位论文4现航空发动机叶片冷却孔几何参数测量的商用设备。图1-3是μCMM在涡轮叶片表面检测中的应用，可实现涡轮叶片树形榫头、面型轮廓、缺陷检测和冷却孔形貌的测量[21]。图1-3涡轮叶片表面检测条纹投影技术是一种采用结构光实现物体表面三维形貌测量的方法[22]。测量时需要将编码调制出的黑白或彩色条纹透射到被测物体表面，通过检测物体表面结构光的变形实现表面三维形貌测量。其测量精度可达数十微米，能够实现对物体表面轮廓的快速测量。该方法可用于叶片表面形貌的测量，具有较高的测量效率[23,24]，图1-4为将黑白条纹投影在叶片表面上的结果。图1-4条纹投影测量叶片表面形貌激光三角法以入射激光和反射激光构成一个三角形实现表面高度测量[25]。测量时将激光以一定的入射角度照射在被测物体表面，在表面发生反射和散射后再另一角度位置汇聚成像在CCD感光芯片上，被测点的位置高度可由激光在CCD上的成像位置读出。该方法具有较高的测量精度，可用于航空发动机叶片检测，其测量分辨率可达10μm[26]，其测量系统如图1-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超连续谱激光光源研究进展[J]. 杨未强,宋锐,韩凯,侯静. 国防科技大学学报. 2020(01)
[2]基于扫描探针技术的超分辨光学成像和谱学研究进展[J]. 薛孟飞,陈佳宁. 物理. 2019(10)
[3]基于Christopherson迭代的超精密加工流场分析方法[J]. 杨航,马登秋,张强,刘小雍,樊炜,张云飞,黄文,何建国. 强激光与粒子束. 2019(06)
[4]工件圆度误差测量不确定度评定[J]. 王东霞,温秀兰,乔贵方. 光学精密工程. 2018(10)
[5]微纳结构几何特征检测技术的研究现状与发展趋势[J]. 周晓勤,侯强,刘强,许蓬子. 北京工业大学学报. 2015(03)
[6]接触式三坐标测量自由曲面轮廓的数据处理模型[J]. 仇谷烽,余景池,黄启泰,倪颖,王毅. 光学精密工程. 2013(11)
博士论文
[1]异端类型三坐标测量机结构原理及误差修正技术研究[D]. 王晨晨.合肥工业大学 2012
硕士论文
[1]光纤白光干涉测量技术应用研究[D]. 冯程成.桂林电子科技大学 2019
[2]汽车车身三坐标测量与数据处理的研究[D]. 胡建峰.湖南大学 2011
[3]表面微观形貌的测量及其表征[D]. 李志强.重庆大学 2006
[4]逆向工程中三坐标测量数据处理的研究及系统开发[D]. 季劲松.浙江大学 2002
本文编号：2895503
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