本文關鍵詞：高精度共光路微分剪切干涉儀的研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 微分剪切 表面粗糙度 光學設計 空間濾波 移相器

【摘要】：很多現(xiàn)代工業(yè)品造型具有復雜曲面,為了獲得工藝品的表面形貌及其特性參數(shù)出現(xiàn)了表面形貌計量儀器。同時表面形貌計量儀器在現(xiàn)代模具制造業(yè)也有著極其廣泛的應用。有一種表面微觀形貌叫做表面粗糙度,它影響著機械的運動性能和使用壽命,因此也需要相應的儀器來計量。目前主流的表面粗糙度檢測儀器有觸針式輪廓儀,光學探針式輪廓儀和干涉顯微鏡等。這幾種基于光學檢測的表面形貌檢測儀存在噪聲大,測量精度低及易受環(huán)境影響等不足,為了改善上述的這些缺點,本實驗室自主研發(fā)了共光路等光程的微分移相干涉表面形貌測量儀。本文根據(jù)自適應原則中的純光學方法,利用單軸晶體的雙折射特性,設計了參考光路和測量光路等光程共光路的干涉系統(tǒng)。該干涉系統(tǒng)消除了照明光源波長、光源不穩(wěn)定性以及空氣折射率的變化等因素對干涉測量結果的影響。由于采用弱信號檢測技術能夠提高測量分辨率,因此本文中的測量儀光源采用弱相干光源LED。弱信號檢測技術消除了白噪聲對測量結果的影響進而提高了系統(tǒng)的測量精度。本文利用ZEMAX光學設計軟件仿真了干涉系統(tǒng)各部分的物理光學傳播特性,并分析了系統(tǒng)的能量分布。根據(jù)弱相干光源的空間相干性和時間相干性,光源的尺寸越小,光波的空間相干性越好。本文通過調(diào)整空間濾波器通光孔徑的最大半徑值找到了適合本系統(tǒng)的空間濾波器尺寸,并且得到了質(zhì)量較好的干涉圖樣。本文在ZEMAX中建立了微分移相干涉表面形貌測量儀的通用模型,并對標準球面進行了檢測仿真。仿真結果顯示得到的標準球面的波前干涉圖樣與實際干涉圖樣相符。通過對比仿真與實驗結果,結果表明本文基于ZEMAX建立的微分剪切干涉儀模型能夠?qū)嶒炛写罱ǖ墓补饴返裙獬痰碾p光束干涉儀系統(tǒng)進行準確的模擬仿真。之后本文基于ZEMAX干涉儀模型對可能影響干涉儀性能的各種因素進行了系統(tǒng)的仿真研究與分析。為了進一步驗證系統(tǒng)的可靠性,本文對多種標準樣品進行了表面形貌測試,通過對比實驗測量數(shù)據(jù)計算得到的表面粗糙度與標準粗糙度之間的吻合度,結果顯示本系統(tǒng)得到的表面粗糙度接近真實值從而驗證了系統(tǒng)可靠性。此外本文還對檢測系統(tǒng)的水平分辨率、垂直分辨率和表面高度測量范圍等性能參數(shù)進行了分析。討論了系統(tǒng)可能存在的誤差,分析引起誤差的主要因素及誤差對系統(tǒng)測量的影響。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.3

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本文編號：1328167