实验一：面形的三维干涉测量及评价(PV值与RMS值)

数字干涉测量方法及面形的三维干涉测量及评价

数字干涉测量方法及面形的三维干涉
测量及评价
【二】实验原理
随着电子技术与计算机技术的发展，并与传统的干涉检测方法结合，
产生了一种新的位相检测技术数字干涉技术，这是一种位相的实
时检测技术。这种方法不仅能实现干涉条纹的实时提取，而且可以利
用波面数据的存储功能消除干涉仪系统误差，消除或降低大气扰动及
【四】实验记录
被测工件：平面镜
序号
PV
RMS
EM
等高图（凹或凸）
1
2
3
4
6
U R a exp[ i2k(s li )]
I (x, y,li ) a2 b2 2ab cos 2k[w(x, y) li ]
a2 b2 2ab cos 2kwcos 2kli sin 2kwsin 2kli
Ut b exp{i2k[s w(x, y)]}
指标，如下图所示。
表面形貌
PV
RMS
面形精度的评价
1．PV值：是表面形貌的最大峰谷值 2．RMS值：是表面形貌的均方根值，RMS的定义是：
RMS v2
N 1
v xi T
T xi
N
xi单次测值 N重复测定次数
5
【)
干涉场中任意一点的光强基本上li的余弦函数。由于li随时间变化，因此光强是一个时间周期函数，可用傅里叶级数展开。
I (x, y, li ) a0 a1 cos 2kli b1 sin 2kli

a0

2 n
n i 1
I (x,
y,li )

a1

2 n
n i 1

激光干涉仪检测球面光学零件面形精度分析

激光干涉仪检测球面光学零件面形精度分析作者：权艳红来源：《中国高新技术企业》2010年第16期摘要:文章通过使用激光球面干涉仪对不同光学零件面形的测量从而作出其精度测量的分析,探讨了实验中产生问题的原因,并对实验数据加以讨论,以找出误差产生的规律。

关键词:激光球面干涉仪;等厚干涉;光学零件面形;干涉仪器;精度分析中图分类号:TH744文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)24-0191-031检测仪器1.1激光球面干涉仪1.1.1干涉仪的分类干涉仪的设计方式有许多种,按照形成干涉的光束数目分为双光束及多光束两大类,双光束干涉仪所产生的条纹其亮度多呈正弦曲线的分布情形。

其基本原理都是通过各种光学元件形成参考和检测光路的方法。

就是采用了一种常见的干涉方式制成的,一般称为菲索干涉仪,这种干涉仪一般用来检测元件表面或光学系统的波相差。

由于所用激光的带宽很窄,因此它的相干长度很长可以在光程差很大的情况下得到干涉图样,对待测物体放置的要求不是很严格。

泰曼格林干涉仪、菲索干涉仪、麦克詹达干涉仪及麦克森干涉仪,皆属于此种双光束干涉方式。

1.1.2干涉仪检测光学零件表面的优点其一,它是非接触监测,不会损伤被探测物体表面。

其二,它获取数据的信息量大,图样本身是一个连续变化的过程,有着极高的分辨率。

其三,测量范围大,它可以同时对一个很大表面进行并行的分析和处理。

局限性:因为是分析反射光,所以有足够的反射才能得到干涉图样进行分析。

这就对光源和被探测物体的表面粗糙度提出了条件。

1.1.3干涉仪的应用光学仪器中的透镜、棱镜等,其表面质量要求很高,通常要求磨制面与理想几何形状间的误差不超过光波波长的数量级,用干涉法可检验出微小的误差(小于波长的几十分之一)。

所以在光学系统评价、表面的粗糙度、面形和元件的微小偏移的测量都采用了干涉仪进行分析。

1.2OSI-75TQ型激光球面干涉仪OSI-75TQ型激光球面干涉仪(如图1)是用稳频的氦氖激光器作为光源,由于它的相干长度很大,干涉仪的测量范围可以大大的扩展;而且由于它的光束发散角小,能量集中,因而它产生的干涉条纹可以用光电接收器接收,变为电讯号,并由计数器一个不漏的记录下来,从而提高了测量速度和测量精度。

白光扫描干涉三维表面形貌测量技术的研究的开题报告

白光扫描干涉三维表面形貌测量技术的研究的开题报告一、选题背景及意义随着现代科技的不断发展，三维表面形貌测量逐渐成为了表面分析和加工质量控制的重要手段。

传统的测量方法有限，受到手工操作和人为因素的影响较大，且精度较低，难以满足高精准度、快速、非接触式测量的需求。

因此，研究三维表面形貌测量技术，尤其是白光扫描干涉技术的应用，旨在提高表面形貌测量的精准度和效率，有效解决表面质量控制问题。

二、研究内容和思路本研究的主要内容是白光扫描干涉技术在三维表面形貌测量中的应用研究。

具体思路如下：1. 研究白光扫描干涉原理和相关技术，掌握白光扫描干涉仪器的基本结构和工作原理；2. 研究三维表面形貌测量中常见的误差源和影响因素，对表面测量误差的来源和控制方法进行分析和研究；3. 设计实验方案，采用白光扫描干涉技术对不同材料的表面进行测量，并分析实验结果，探究测量精度和效率的影响因素；4. 建立三维表面形貌测量模型，将样本测量结果进行建模和分析，研究不同形貌表面的特征及其相关参数；5. 探讨白光扫描干涉技术在三维表面形貌测量中的应用前景，建立相应的测量和分析技术流程。

三、预期成果及意义1. 探究白光扫描干涉技术在三维表面形貌测量中的应用特点和优势;2. 建立测量模型，研究不同表面形貌的特征及其相关参数;3. 建立测量技术流程，提高表面形貌测量的精度和效率；4. 推动三维表面形貌测量技术的进步，解决表面质量控制问题，促进工业自动化生产的发展。

四、研究难点及解决措施1. 白光干涉测量的精度问题：通过完善现有测量模型和技术流程，选择合适的测量参数和分析方法，提高测量精度；2. 表面形貌的阴影问题：通过多角度扫描和数据处理的方式，消除表面阴影的影响；3. 实验测量方案的确定：根据实验材料的不同性质与特点，选择合适的测量方案，在保证实验精度的前提下，提高实验效率。

五、预期工作计划1. 第一阶段：文献综述，掌握白光扫描干涉技术原理和方法（1个月）;2. 第二阶段：实验测量，建立相应的测量模型和分析方法（3个月）;3. 第三阶段：数据分析，探讨不同表面形貌的特征与参数（1个月）;4. 第四阶段：技术流程和应用前景的讨论（1个月）。

柱面面形干涉测量

柱面面形干涉测量于瀛洁;许海峰;彭军政【摘要】介绍了一种柱面面形干涉测量方法.该方法选用计算全息片作为柱面波转换器,能够将平面干涉仪出射的平面波转换成理想柱面波前,依此为基础,建立了柱面干涉测量系统,能够实现柱面的干涉测量.为了获得柱面的真实面形误差,分析了调整误差引起的失调像差,并给出了失调像差的分离方法.最后,以玻璃圆柱体为被测样本,对单孔径面形的重复性进行验证,20次测量结果峰谷值(PV)标准差为20.2 nm,为PV平均值的0.55％.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2015(036)005【总页数】4页(P460-463)【关键词】计量学;柱面面形;干涉;柱面波转换器;计算全息片;调整误差【作者】于瀛洁;许海峰;彭军政【作者单位】上海大学精密机械工程系,上海200072;上海大学精密机械工程系,上海200072;深圳大学光电工程学院,深圳518060【正文语种】中文【中图分类】TB92圆柱面的测量和评定不仅能够为柱面零件的验收提供依据，而且也能为高质量柱面加工提供指导。

为了实现高效、高精度的柱面测量，先后发展了多种柱面面形测量方法。

如Taylor Hobson公司研制的型号为Form Talysurf PGI 1240的轮廓仪，它的纵向分辨率为0.2 nm，能够测量曲率半径小于80 mm的曲面。

这种测量方法采用接触式探针获取被测面的截面轮廓，因此采样密度和采样频率低。

随着光学、传感器等技术在加工测量领域的深入应用，非接触式光学三维测量技术得到了不断发展。

许多高精度表面的面形误差测量可采用光学干涉测量法［1］。

该方法测量速度快、一次测量面积大、分辨率高。

如Mantel等将掠入式干涉法引入光学柱面的检测中，可通过一次测量获得柱面的所有表面特征［2］。

但是被测面轴向的干涉条纹被压缩了，记录面形失真。

白光干涉法的精度可以达到0.1 μm，并且一次曝光可以测量整周的面形［3］，但对光源要求高，并且很难精确控制圆锥反射镜的空间方位，从而影响柱面波的形状和入射角度。

《光学干涉测量技术》PPT课件

N' N
cos
ppt课件
24
§4.1 干涉测量基础
(3)小样板检验大工件的精度转换：
通常情况下，样板口径应大于等于被检光学元件的直径。如
果样板口径小于被检光学元件的直径，则应对检测结果进行转
换：
N1
D
2 1
N2
D
2 2
(4)光圈正负的判别：光圈有正负之分。正光圈又叫高光圈，负光圈又叫低光圈。
定义：样板与被检元件在周边接触的是低光圈，样板与被检元件在中心接触的是高光圈。（高低光圈的判断）
➢ 特例：零级干涉条纹的判断当测量时使产生干涉的两波面间的光程差减小，则可判断条
纹的移动方向是离开零级条纹的方向；反之，增加光程差，则干涉条纹朝着零级条纹的方向移动。
ppt课件
25
§4.1 干涉测量基础
（二）干涉条纹的处理方法 1、数字波面的获取
干涉仪检测光学元件面形，对获得的干涉图进行数字化转换，并由计算机替代人眼进行判读，即为数字干涉法。在对模拟干涉图像进行数字化转换后，需要提取干涉图上的条纹信息，即确定干涉条纹的中心点坐标及干涉级次。一般处理过程需要如下几个步骤： (1)背景滤除：对原始图像进行预处理； (2)二值化：使干涉图变为二值化图像； (3)细化：保留条纹中心曲线，从而提取出条纹上点的坐标； (4)修像：去除细化图像中的干扰信息，修改间断点； (5)标记：对干涉条纹进行跟踪、标记不同条纹的干涉级次； (6)采样：用等间距采样现贯穿干涉图像区间，均匀设置采样点。
被测波面相对参考波面的峰值与谷底之差，可表示为： PV Ema xEmin
PV是波前最高点与最低点之间的间距，单位通常为波长。因此， PV给出的是波差的极限值。PV通常被用于描述元件或系统的质量，瑞利曾指出：波前PV值优于λ/4，可以认为系统成完善像。

实验一：面形的三维干涉测量及评价(PV值与RMS值)

实验一：面形的三维干涉测量及评价（PV 值与RMS 值）
一、实验目的：
1. 了解表面三维形貌的高精度实时测量原理
2. 实测一个平面光学零件的表面形貌
3. 对评价指标PV ，RMS 的定义有所掌握
二、实验原理：
本实验采用数字干涉测量原理进行，本实验与实验二的不同是测量中采用了扫描技术，因而可以实现面形的三维测量。

高精度光学平面零件的面形精度可用下列二个评价指标，如下图所示。

1． PV 值−−是表面形貌的最大峰谷值
2． RMS 值−−是表面形貌的均方根值，RMS 的定义是：
1
2
-±
=∑N v
RMS
式中T x v i -=，x i −−单次测值，
N
x
T i
∑=
，N −−重复测定次数。

三、实验光路
1－激光器 3,5－定向孔 6,7,9,16－反射镜 8－物镜 10－准直透镜 14－分光棱镜 18－带压电陶瓷的组合工作台 20－成像透镜 22－可调光阑 23－光电接收器 24－导轨
四、实验步骤：
1．扩束
2．将工作台16，18上的平面反射镜换成曲面或台阶面（其干涉条纹的形状与反射面面形有对应定量关系）
3．调整CCD23在轨道上的位置，使干涉条纹清晰，锁定23
4．调节可调光阑22孔径位置，滤除寄生干涉光
5．测量程序操作见软件操作说明书
五、实验记录
被测工件：平面镜。

实验一、三维面型测量

光学传感三维面形测量非接触三维自动测量是随着计算机技术的发展而开展起来的新技术研究，它包括三维形体测量﹑应力形变分析和折射率梯度测量等方面。

应用到的技术有莫尔条纹、散斑干涉、全息干涉和光阑投影等光学技术和计算机条纹图像处理技术。

条纹投影以及各种光阑投影自动测量技术在工业生产控制与检测、医学诊断和机器人视觉等领域正占有越来越重要的地位。

本实验是利用投影式相移技术，对形成的被测物面条纹进行计算机相移法自动处理的综合性实验。

【实验目的】通过本实验了解投影光栅相位法的基本原理;了解一种充分发挥计算机特长的条纹投影相位移处理技术。

对于非接触测量有一定的感性认识。

【基本原理】投影光栅相位法是三维轮廓测量中的热点之一，其测量原理是光栅图样投射到被测物体表面，相位和振幅受到物面高度的调制使光栅像发生变形，通过解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理完成相位---高度的转换。

根据相位检测方法的不同，主要有Moire 轮廓术、Fourier 变换轮廓术，相位测量轮廓术，本实验就是采用了相位测量轮廓术。

相位测量轮廓术采用正弦光栅投影相移技术。

基本原理是利用条纹投影相移技术将投影到物体上的正弦光栅依次移动一定的相位，由采集到的移相变形条纹图计算得到包含物体高度信息的相位。

基于相位测量的光学三维测量技术本质上仍然是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信息的参与，使得这类方法与单纯基于光学三角法有很大区别。

1.1相位测量轮廓术的基本原理将规则光栅图像投射到被测物表面，从另一角度可以观察到由于受物体高度的影响而引起的条纹变形。

这种变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。

采集变形条纹并对其进行解调，从中恢复出与被测物表面高度变化有关的相位信息，然后由相位与高度的关系确定出高度，这就是相位测量轮廓术的基本原理。

投影系统将一正弦分布的光场投影到被测物体表面,由于受到物面高度分布的调制, 条纹发生形变。

数字干涉测量方法及面形的三维干涉测量及评价-文档资料

0
i1 n
i
2 n 2 n

n
i1
I ( x , y , li ) c o s 2 k li I ( x , y , li ) s in 2 k li
3

i1
从而求得被测波面，由下式给出：
n 2 I ( x ,,) y l is i n 2 k l i b 1 1 n 11 1 i 1 w ( x , y ) t g t g l i ,i 0 , 1 , 2 , 3 i n 2 k a k 2 n 2 1 2 I ( x ,,) y l ic o s 2 k l i n i 1
U a exp[ i 2 k ( s l )] R i
2 2 I ( x ,,) y l ab 2c a b o s 2 k [( w x ,) yl ] i i
2 2 ab 2 a b c o s 2c k w o s 2 k l s i n 2s k w i n 2 k l i i U b exp{ i 2 k [ s w ( x , y )]} t
为进一步降低噪声，提高测量精度，可用P个周期进行驱动扫描，测量数据作累加平均，即
2 np I(x ,y ,li )sin 2 kl i 1 1 n i 1 w (x ,y ) tg np 2 2 k I(x ,y ,li )cos 2 kl i n i 1
上式说明孔径内任意一点的位相可由该点上的 n×p个光强的采样值计算出来，因此，可获得整个孔径上的位相。除实现自动检测外，还可以测定被测件的三维形貌。
7
RMS
v
2
v x T i