【摘要】：反射器件在大型科學(xué)設(shè)施、微電子、現(xiàn)代國(guó)防、醫(yī)療機(jī)械、科學(xué)儀器以及高端消費(fèi)品等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛,其面形精度對(duì)設(shè)備性能的影響不容忽視,因此對(duì)反射器件的精密測(cè)量備受關(guān)注�，F(xiàn)有的面形檢測(cè)方法仍不能完全滿(mǎn)足反射型面形高精度測(cè)量的需求,如大面形的高精度測(cè)量、在線/實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)量方法,將光學(xué)點(diǎn)陣應(yīng)用到反射型面形測(cè)量中。本文提出的面形測(cè)量方法是在通過(guò)光場(chǎng)調(diào)控產(chǎn)生大小可調(diào)的二維光學(xué)點(diǎn)陣的基礎(chǔ)上,利用光學(xué)點(diǎn)陣受被測(cè)面面形調(diào)制后會(huì)產(chǎn)生偏移的特點(diǎn)來(lái)計(jì)算被測(cè)面的面形。求解被測(cè)面的面形信息時(shí),無(wú)需利用相位信息,并且僅需采集一幅圖像便可完成被測(cè)面面形的測(cè)量,具有速度快,精度高,適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:1.調(diào)研了反射型面形測(cè)量的多種方法,著重介紹了光學(xué)非接觸式測(cè)量方法的基本原理,并分析了各測(cè)量方法的特色。同時(shí)總結(jié)了二維光學(xué)點(diǎn)陣的產(chǎn)生方法及其在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況。2.提出了基于二維光學(xué)點(diǎn)陣的反射型面形測(cè)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(diǎn)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(cè)量方法的測(cè)量范圍和單像素點(diǎn)分辨率。利用光學(xué)仿真軟件Zemax仿真實(shí)驗(yàn)光路以此驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的可行性。3.提出了基于二維光學(xué)點(diǎn)陣質(zhì)心的面形重構(gòu)算法。包括對(duì)CCD相機(jī)采集的二維光學(xué)點(diǎn)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(xiàng)式的模式重構(gòu)算法對(duì)被測(cè)面形進(jìn)行重構(gòu),實(shí)現(xiàn)被測(cè)面形的測(cè)量。4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。將利用本系統(tǒng)測(cè)量出的面形與商用干涉儀測(cè)量的面形進(jìn)行比較,將兩種測(cè)量方法測(cè)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(gè)波長(zhǎng),驗(yàn)證了本文提出的面形測(cè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：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(guò)建立被測(cè)面的面形高度與相位的幾何關(guān)系然后在依據(jù)相位來(lái)求解被測(cè)面的面形，而條紋反射技術(shù)通過(guò)實(shí)際成像光線與理想成像光線之間的偏差來(lái)計(jì)算面形的偏差，這種技術(shù)又稱(chēng)為相位測(cè)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(guò)透鏡 f1，而在序列模式中，每個(gè)光學(xué)表面光線僅通過(guò)一次。此時(shí)，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(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)折。坐標(biāo)斷面類(lèi)型的面有 6個(gè)參數(shù)，包括 x、y、z 方向上新的坐標(biāo)原點(diǎn)相對(duì)于舊的坐標(biāo)系的位移和旋轉(zhuǎn)。并且坐標(biāo)斷面類(lèi)型的面是虛擬的面，不能定義玻璃的類(lèi)型，Zemax 的 2D\3D\渲染模型中均不會(huì)顯示這個(gè)面。本文中采用的是第二種方法，利用兩次的坐標(biāo)斷面實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)折。設(shè)計(jì)界面如圖 2-9 所示。利用兩次坐標(biāo)斷面使得作為被測(cè)面的反射鏡的位置信息獨(dú)立，不僅與反射鏡前的光路無(wú)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(jì)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790398