【摘要】：反射器件在大型科學(xué)設(shè)施、微電子、現(xiàn)代國防、醫(yī)療機械、科學(xué)儀器以及高端消費品等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛,其面形精度對設(shè)備性能的影響不容忽視,因此對反射器件的精密測量備受關(guān)注。現(xiàn)有的面形檢測方法仍不能完全滿足反射型面形高精度測量的需求,如大面形的高精度測量、在線/實時測量等�；诖�,本文提出了一種基于新的結(jié)構(gòu)光陣列的面形測量方法,將光學(xué)點陣應(yīng)用到反射型面形測量中。本文提出的面形測量方法是在通過光場調(diào)控產(chǎn)生大小可調(diào)的二維光學(xué)點陣的基礎(chǔ)上,利用光學(xué)點陣受被測面面形調(diào)制后會產(chǎn)生偏移的特點來計算被測面的面形。求解被測面的面形信息時,無需利用相位信息,并且僅需采集一幅圖像便可完成被測面面形的測量,具有速度快,精度高,適用性強的特點。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下:1.調(diào)研了反射型面形測量的多種方法,著重介紹了光學(xué)非接觸式測量方法的基本原理,并分析了各測量方法的特色。同時總結(jié)了二維光學(xué)點陣的產(chǎn)生方法及其在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用情況。2.提出了基于二維光學(xué)點陣的反射型面形測量方法。結(jié)合幾何光學(xué)和空間三維變換理論,建立了二維光學(xué)點陣幾何形變量與反射型三維面形的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)模型,研究分析了測量方法的測量范圍和單像素點分辨率。利用光學(xué)仿真軟件Zemax仿真實驗光路以此驗證數(shù)學(xué)模型的可行性。3.提出了基于二維光學(xué)點陣質(zhì)心的面形重構(gòu)算法。包括對CCD相機采集的二維光學(xué)點陣圖像進(jìn)行閾值分割和質(zhì)心提取,最后利用基于Zernike多項式的模式重構(gòu)算法對被測面形進(jìn)行重構(gòu),實現(xiàn)被測面形的測量。4.實驗驗證系統(tǒng)的性能。將利用本系統(tǒng)測量出的面形與商用干涉儀測量的面形進(jìn)行比較,將兩種測量方法測得的面形數(shù)據(jù)相減,得到的面形均方誤差RMS為0.131?m,小于一個波長,驗證了本文提出的面形測量方法的可行性和精確性。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;TH74
【圖文】：

第 1 章 緒論屏作為光源，而結(jié)構(gòu)光投影法采用投影儀作為光源，結(jié)構(gòu)光投影法通過建立被測面的面形高度與相位的幾何關(guān)系然后在依據(jù)相位來求解被測面的面形，而條紋反射技術(shù)通過實際成像光線與理想成像光線之間的偏差來計算面形的偏差，這種技術(shù)又稱為相位測量偏折術(shù)[49-51]。

圖 2-9 坐標(biāo)斷面設(shè)置由正入射光路圖 2-7 可知，光線兩次經(jīng)過透鏡 f1，而在序列模式中，每個光學(xué)表面光線僅通過一次。此時，有兩種方法處理這種情況：（1）使用非序列模型，（2）使用坐標(biāo)斷面（coordinate break）實現(xiàn)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)折。坐標(biāo)斷面類型的面有 6個參數(shù)，包括 x、y、z 方向上新的坐標(biāo)原點相對于舊的坐標(biāo)系的位移和旋轉(zhuǎn)。并且坐標(biāo)斷面類型的面是虛擬的面，不能定義玻璃的類型，Zemax 的 2D\3D\渲染模型中均不會顯示這個面。本文中采用的是第二種方法，利用兩次的坐標(biāo)斷面實現(xiàn)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)折。設(shè)計界面如圖 2-9 所示。利用兩次坐標(biāo)斷面使得作為被測面的反射鏡的位置信息獨立，不僅與反射鏡前的光路無關(guān)，且反射鏡后的光路中的光學(xué)器件的位置并不隨著反射鏡的旋轉(zhuǎn)而變化。因此，根據(jù)光路圖以及透鏡參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入后的鏡頭數(shù)據(jù)編輯窗口如圖2-10 所示。

光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2790398