抗振动移相干涉测量算法与实验研究

发布时间：2017-04-17 16:23

  本文关键词：抗振动移相干涉测量算法与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：移相干涉测量技术具有重复性好和空间分辨率高的优点,是目前波面测量的主要手段。移相干涉测量技术易受外界振动干扰的特点使其难以满足大口径、长焦距大型光学元件测量和大批量、高效率光学加工的需求,甚至成为相关技术发展的瓶颈。为实现振动下的波面测量,本文开展了抗振动干扰的移相干涉测量方法研究。建立了振动下移相干涉测量误差的模型。研究了振动对移相干涉测量的影响机理,分析了误差在移相干涉测量中的传递过程,并仿真计算了振动对测量误差的影响规律。结果表明,外界振动造成的移相误差和干涉条纹对比度波动导致了振动下移相干涉测量的误差。提出了两种抗振动干扰的移相干涉测量算法——频域分析法和三步迭代法。频域分析法通过分析空间载波干涉图在频域的基带和边带而提取移相和对比度信息；建立了带有对比度补偿的最小二乘解相方程；分析了频域分析法的误差源,认为带宽相关的因素对频域分析法检测精度影响较大,进而建立了载频选取准则；通过边带相关方法解决了复杂波面的测量问题。三步迭代法将波面位相视为方程未知量,通过迭代求解方程：针对迭代求解中倾斜因子与空间坐标的非线性耦合,根据移相量在正交方向上不相关的特点提出了“正交分解”的解决思路；实现了条纹对比度的计算和补偿；提出了利用间隔采样的方法实现迭代计算的提速。两种算法呈现互补性的特点：频域分析法是一种确定性的方法,抵抗振动的能力强,但因引入空间载波而导致少量的非共路误差；三步迭代法需要对移相量或波面进行一定的预判,抵抗振动的能力稍弱,不存在非共路误差。通过实验测试了频域分析法和三步迭代法对外界振动的抗干扰能力。在简谐振动下的测试实验表明,两种算法均能够高精度复原被测面形,在幅频积为60μmHz的简谐振动下,复原面形PV值的误差小于0.01λ,2σ重复性优于0.01λ,能够满足精密和超精密加工中抗振动性能的要求。模拟磁流变抛光机床振动下的测试实验表明,两种算法复原面形的PV值误差小于0.01λ, RMS值误差小于3×10-3λ,可以满足磁流变抛光机床对光学元件在位测量的要求。频域分析法和三步迭代法对传统移相干涉仪的结构和硬件基本不做改变,有望为光学元件的现场在位测量及其它振动环境下的面形检测提供一种低成本、高精度的解决方案。
【关键词】：光学测量 移相干涉技术 面形测量 振动 在位测量
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O436.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 选题背景和研究意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.3 本文思路和主要工作内容16-18
• 第二章 振动对移相干涉测量的影响机理18-44
• 2.1 移相干涉测量原理18-21
• 2.2 振动条件下移相干涉测量误差的传递21-22
• 2.3 振动引起的干涉图变化22-28
• 2.4 干涉图变化对最小二乘解相的影响28-38
• 2.5 振动下移相干涉测量误差模型与数值仿真38-42
• 2.6 本章小结42-44
• 第三章 基于空间频域分析的移相干涉算法44-82
• 3.1 空间载波对干涉图信息的调制作用44-47
• 3.2 频域分析算法47-58
• 3.3 频域分析法的移相检测误差分析58-60
• 3.4 频域分析法移相检测误差的分布规律60-72
• 3.5 适用于复杂波面的边带相关算法72-78
• 3.6 干涉仪的非共路误差78-81
• 3.7 本章小结81-82
• 第四章 基于迭代计算的移相干涉算法82-114
• 4.1 随机平移移相的迭代解相82-86
• 4.2 计算和补偿对比度波动的混合算法86-90
• 4.3 三步迭代法90-98
• 4.4 三步迭代法的仿真验证98-99
• 4.5 三步迭代法的“双重解”问题及解决方法99-103
• 4.6 三步迭代法的计算误差分析103-105
• 4.7 三步迭代法计算误差的分布规律105-109
• 4.8 三步迭代法的运算提速109-112
• 4.9 本章小结112-114
• 第五章 抗振动性能实验测试114-134
• 5.1 实验装置114-116
• 5.2 抗振动性能的表征和测试方法116-118
• 5.3 简谐振动下的抗振动性能测试118-125
• 5.4 模拟加工设备振动下的抗振动性能测试125-128
• 5.5 频域分析法和三步迭代法的比对128-132
• 5.6 本章小结132-134
• 第六章 全文总结134-136
• 6.1 本文所做工作134-135
• 6.2 本文的创新点135
• 6.3 不足之处与展望135-136
• 致谢136-137
• 参考文献137-144
• 附录Ⅰ 攻读博士期间发表的论文144
• 附录Ⅱ 获奖情况144-145
• 附录Ⅲ 攻读博士期间参加的学术活动145

  本文关键词：抗振动移相干涉测量算法与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：313801