高精度激光三角位移传感器的技术现状

三角测量法是一种传统的位移测量方法.随着激光器、光电探测器和计算机的发展,三角测量法有了很多新的进展和应用.对激光三角位移测量系统进行概述和讨论.根据光线的不同入射方式激光三角位移传感器主要分为两种:直入射式和斜入射式.分别介绍了这两种方法的测量原理,并对它们各自的特点进行了比较.最后阐述了高精度激光三角位移传感器的应用方向及发展趋势.     

非接触体积测量实验系统

将物体体积参量测量转变成气体压力测量，可以实现体积非接触测量．本文设计了非接触体积测量实验系统，并分析了系统测量的分辨率及精度．     

基于条纹反射的非球面镜三维面形测量

提出一种利用条纹反射原理测量非球面镜的新方法.测量过程中,利用液晶屏显示正弦条纹,由摄像机记录由待测镜面反射产生的条纹图.并将显示屏和摄像机分别沿待测镜面轴向移动.摄像机在每个移动位置上,记录下显示屏移动前后产生的两幅条纹图.通过相移方法,得到条纹图的相位信息后,对摄像机上每个象素点,能在待测镜面卜找到一个对应待测点,并在获得该待测点的梯度信息的同时,获得该点位置坐标信息.最后通过积分,恢复待测镜面的三维高度信息.该方法不需辅助反射镜与干涉仪,能更加方便灵活地测量非球面镜.并且该方法有较好的抗噪性能,在噪声较大的情况下,仍能对非球面镜进行测量.模拟及初步实验均验证了该方法的可行性.     

实时光电位移测量的实用化研究

介绍一种在线光电式非接触测量的装置及工作原理,即由一个半导体激光器ＬＤ作测量探头的光源,面阵ＣＭＯＳ图像传感器在实时光电位一移测量中进行图像采集,经过处理电路得到被测物体的位移。给出实验结果并分析测量精度。     

基于接触有限元方法的镜面面形仿真技术研究

为考察在外载作用下某镜体镜面面形的变化是否满足设计要求,研究在预紧力及重力作用下镜面面形的变化规律,使用接触非线性有限元方法对镜体组件进行了仿真,采用基于Zernike多项式的光机集成仿真接口程序对面形数据进行了处理,得到了消除刚体位移后表征面形变化的参数和表示刚体位移系数的分布曲线。结果表明在预紧力和重力作用下刚体位移明显,镜面平移占据了刚体位移的主要方面,基于集成仿真技术的面形处理程序可有效地消除刚体位移;预紧力存在在不同方向重力作用下对面形的影响略有不同,与预紧力相比,重力作用对面形的影响较小。在预紧力作用下面形仿真数据对于镜体设计、装调具有一定指导意义,也说明基于接触方法面形仿真的工程适用性。     

使用激光跟踪仪测量研磨阶段离轴非球面面形

为满足离轴非球面镜在光学检验前的面形检测需求,对使用激光跟踪仪测量离轴非球面的方法进行了研究。详细介绍了使用激光跟踪仪测量离轴非球面的检测步骤及数据处理方法。使用激光跟踪仪对一处于研磨阶段的口径为150 mm,顶点曲率半径为1200 mm,离轴量为240 mm的离轴抛物面镜进行了测量,进行了测量不确定度分析并与三坐标测量机的测量结果进行了比对。结果显示激光跟踪仪与三坐标测量机的面形测量峰谷值一致性优于1 μm。分析及实验结果表明此检测方法简单易行,灵活通用,适用于离轴非球面抛光前的面形检测。     

采用非均匀有理B样条曲面延展光学元件面形误差

在离子束抛光工艺中,为了提高驻留时间求解算法在工件边缘处的求解精度,通常需要对原始面形误差数据进行边缘虚拟延展。要求原始面形误差数据与虚拟延展面光滑拼接,并在延展区域具有可控的不确定性。非均匀有理B样条(NURBS)曲面常用在机械制造领域对复杂形状物体进行三维建模。引入非均匀有理B样条曲面并结合泽尼克(Zernike)多项式拟合对一典型的圆形光学元件面形误差自由曲面数据进行延展。通过对典型面形误差曲面延展前后的等效功率谱密度曲线分析可以看出,延展后在面形误差频率大于0.05mm-1时其面形误差改善量均大于70%;将该典型延展面应用于特定驻留时间求解算法中,使得预测加工精度的均方根值由1.18nm改善至0.19nm。这表明,采用非均匀有理B样条曲面延展光学元件面形误差能够获得光滑拼接的虚拟延展曲面,并能大大改善离子束抛光工艺中驻留时间算法的求解精度。     

基于平行平板的折射率高精度非接触测量

常用的测量折射率的方法如偏向角法、自准直法、临界角法、 V棱镜法等,这些方法通常需特制三棱镜与待测件。待测样品不一致且过程复杂,测试定标周期长,难于自动化。为了保证待测材料的完整及实现自动化测量,进行了基于平行平板的折射率非接触测量的尝试。运用该方法进行折射率的测量,不需特制三棱镜并且待测件与待测样品一致。分析表明,通过选择合适的测量角度,该方法旋转角度精度为a=0.003（即10）,导轨精度为L=0.000 8 mm,平行平板厚度测量精度为d=0.001 mm。     

激光跟踪仪检验非球面面形的方法

通过扩充激光跟踪仪的现有功能,提出了一种适用于非球面研磨和粗抛光阶段以及中低准确度非球面面形的快速检测方法.分析了测试原理,设计规划了检测流程.利用激光跟踪仪的靶标球对非球面表面进行多点接触测量,并将测量的结果与非球面CAD模型进行分析对比、处理和运算,获得非球面的面形分布信息.结合实例对一口径为420 mm×270 mm的离轴非球面进行了面形检测,并与零位补偿结果进行对比,结果表明,两种方法测试的面形误差分布是一致的,其峰谷值和均方根值的相对偏差分别仅为6.22%和3.37%.该方法无需其它辅助光学元件就能够准确地实现对大口径非球面面形的检测,测试数据处理和数学运算简单,实验操作简单易行.     

激光跟踪仪检验非球面面形的方法

通过扩充激光跟踪仪的现有功能,提出了一种适用于非球面研磨和粗抛光阶段以及中低准确度非球面面形的快速检测方法.分析了测试原理,设计规划了检测流程.利用激光跟踪仪的靶标球对非球面表面进行多点接触测量,并将测量的结果与非球面CAD模型进行分析对比、处理和运算,获得非球面的面形分布信息,结合实例对一口径为420 mm×270 mm的离轴非球面进行了面形检测,并与零位补偿结果进行对比,结果表明,两种方法测试的面形误差分布是一致的,其峰谷值和均方根值的相对偏差分别仅为6.22％和3.37％.该方法无需其它辅助光学元件就能够准确地实现对大口径非球面面形的检测,测试数据处理和数学运算简单,实验操作简单易行.     

玻璃表面层光学参数分布的研究

利用并改进平板玻璃两面Ｐ偏振光反射光强比的测量来确定玻璃表面光学参数的方法，测量了平板玻璃两面Ｐ偏振光反射光强比γ与入射角θｉ的关系曲线，运用新的表面层模型进行数据模拟，获得了表面层的光学参数分布。     

台式拉曼自由电子激光器建议

提出台式拉曼自由电子激光器的建议，新型台式拉曼自由电子激光器由马克斯发生器、虚火花放电电子束源和小周期波荡器等部分组成。外形尺寸将为传统的拉曼自由电子激光器的１／４至１／５。     

三维光滑接触界面上的分配参数滑移面算法

针对三维滑移界面上的分配参数滑移算法,提出一种三维滑移面光滑目的 ,仅根据单元面顶点的坐标和法向等局部信息,构造出曲面片边界G¹连续(切平面连续),曲面片内C¹连续的三维光滑曲面,此目的 为实际的滑移面提供一个准确的几何表达.在此光滑曲面上构建了具有C¹连续的法向压力场和质量面密度场.然后在光滑滑移界面上通过Newton-Raphson迭代计算接触点,依据分配参数滑移算法施加接触约束和接触计算.数值算例显示光滑的接触滑移面可以减少滑移节点的振动,提高计算的收敛性.     

喇曼自由电子激光振荡器

本文报道喇曼自由电子激光振荡器的研究结果。脉冲加速器电子束能量０．４ＭｅＶ，束流８００Ａ。采用满足布喇格条件的分布反馈谐振腔，取代传统的激光器反射镜。理论上进行了分析和设计，采用正弦形波结构选择振荡模式。喇曼自由电子激光振荡器实验表明，输出光谱显著变窄。频率分布半高宽度，超辐射下范围为７．５ｍｍ～９．２ｍｍ，分布腔下范围为８．６ｍｍ～８．９ｍｍ。     

求解自由电子激光场的微扰方法

借助于固体理论中的ＬＬＰ变换研究自由电子激光场的光子统计性质，并发展了一种微扰方法予以求解。     

在线测量表面粗糙度的共光路激光外差干涉仪

一种新型的、用于在线测量表面粗糙度的激光外差干涉仪已研制完成。该仪器体积小（２５ｃｍ×２０ｃｍ×１０ｃｍ）、抗外界环境干扰能力强。仪器以稳频半导体激光器作为光源。共光路设计,使测量光和参考光沿同一路径入射到被测表面上。计大数和测小数周期相结合的外差信号处理方法,实现了大的动态测量范围和很高的测量分辩率。同时还采用了全反射临界角法进行自动聚焦。该仪器的纵向和横向分辨率分别为０．３９ｎｍ和０．７３μｍ;自动聚焦范围为±０．５ｍｍ,在焦点±２５μｍ范围内,聚焦精度为１μｍ;８０分钟内整机稳定性：３σ＝１．９５ｎｍ。     

多光刀三维轮廓快速测量方法研究

提出了一种三维自由曲面多光刀快速测量方案,阐述了此方法的测量原理,讨论了多光刀阵列的实现方法,分析了影响其测试精度的主要因素.提出了采用虚拟网格标定法对各光刀分别进行标定,以及运用光刀编码的方法实现对复杂自由曲面测量的方法,结果表明:该方法是一种快速有效的三维轮廓测量方法.     

一种自由曲面光学视觉重构方法研究

通过对物体摄像来提取表面 3D信息正成为一种新兴的反求建模方法。传统的视觉算法是基于特征对应的 ,要求物体表面具有几何特征或色彩纹理 ,不适于无纹理自由曲面的重构。将计算机视觉方法与CAGD技术紧密结合 ,对无纹理自由曲面提出了一种新的视觉重构方法。首先将物体表面分割为N边域曲面片 ,经由边缘线提取、匹配 ,重构出曲面片的边界曲线 ;然后通过反射模型、图像光亮度分析求出曲面片的跨界切矢 ;最后综合上述信息 ,构造出光滑的曲面模型     

一种标定三角测量法激光位移计的方法

三角测量的原理公式中因变量、自变量及系统结构参数之间具有非线性关系，并且这些系统结构参数在工程上难以精确测量，因此激光位移计的标定变得很困难。本文通过设置辅助变量及组合参数，使变量之间关系线性化，然后采用最小二乘法拟合出组合参数的准确值，实现激光位移计的准确标定。在此过程中对自变量的测量值做适量修正，可部分消除光学系统畸变对组合参数拟合结果的影响，减小拟合残差。本文给出了用该方法标定激光位移计的实验结果