空间平均的角度散斑相关粗糙度测量模拟研究

角度散斑相关是一种不受表面粗糙度轮廓的间距特性影响的粗糙度幅度参量测量方法,它的数学模型通常建立在集平均的基础上。通过模拟计算随机粗糙表面的远场散斑场,以散斑图面上的空间平均代替常规的集平均来计算角度散斑相关系数,并应用集平均的数学模型反演粗糙度参量。结果证实了这种空间平均角度散斑相关粗糙度测量方法的有效性,在同一表面只需对少数个区域进行测量并对测得的粗糙度参量取平均,即可获得足够的测量精度。对于Rq大于2.0μm的表面,测量相对误差小于15%。根据最佳测量条件,该方法适用于大粗糙度表面。     

抛喷丸表面的多波长散斑自相关法粗糙度测量

粗糙表面产生的多波长远场散斑图案的散斑延长现象可以用来进行表面粗糙度测量。以抛喷丸表面为研究对象,具体介绍了多波长散斑自相关表面粗糙度测量方法。根据多波长散斑图案的各向同性径向辐射的特征,提出了适用的数字图像处理方法。探讨了局部自相关函数特征长度的选取、数字图像处理过程中的局部窗口尺寸和散斑图像的饱和曝光比等因素对散斑延长效应的影响。通过拍摄和处理每一样品表面多个位置的多波长远场散斑图像,计算了Ra分别为0.4,0.8,1.6和3.2μm的表面样块的光学粗糙度指标值。结果表明,该光学粗糙度指标能很好反映被测表面的粗糙程度。     

基于多色散斑延长效应的表面粗糙度测量及影响因素分析

粗糙表面在多波长激光束照射下形成的多色散斑场显示出散斑延长效应,利用此效应可以测量表面粗糙度,并且测量结果在一定条件下不受粗糙表面横向特征的影响。通过模拟计算随机粗糙表面的多色散斑场,以空间平均的多色散斑场局部自相关函数研究了平均散斑延长率〈χ〉对表面轮廓均方根偏差σh的依赖关系,分析了测量系统因素,如入射激光波长组合、成像器件光敏单元尺寸和动态范围对测量结果的影响。结果表明,以空间平均的局部自相关函数代替集平均的散斑自相关函数描述多色散斑延长效应是有效的;为达到一定的粗糙度测量精度,应选择合适的入射激光波长组合和合适的成像器件光敏单元尺寸。     

利用散斑图像测量表面粗糙度的计算机模拟及实验

从菲涅耳-基尔霍夫衍射公式出发推导出了粗糙面近场衍射方程。通过对观察面散斑光强统计特性的分析,提出了采用镜射光强分量法测量表面粗糙度的思想。为验证该方法的有效性,首先用计算机模拟产生具有不同统计特性的随机表面,然后对由随机表面产生的散斑场及其光强分布进行计算。计算结果表明,与传统的散斑对比度法相比,散斑镜射光强分量法测量弱粗糙表面粗糙度具有更大的适用范围和更高的测量精度,克服了散斑对比度法易受表面横向相关长度影响的缺点。通过实验对计算机模拟结果进行了验证。     

基于散斑图纹理空域滤波的磨削表面粗糙度测量

粗糙表面的激光散射会引起表面散斑图的强度分布,这种分布图包含了关于表面几何和物理性质的大量信息。对磨削表面形成的散斑图进行了基于空域滤波的纹理分析,提取出与粗糙度(Ra)成良好单调关系的参数。即对散斑图像进行基于窗口分形布朗运动模型的三类向量[归一化分辨率范围向量,归一化的像素对数目向量,和归一化的多分辨率强度差分向量(NMSID)]的提取,再进行NMSID向量滤波变换,对变换后的图像分别进行去零(去灰度值为零的像素点)前与去零后的统计分析。结果显示,去零后的能量和新熵两个特征量与Ra成良好单调关系。     

散斑相干法测量表面粗糙度时相干光夹角变化对测量的影响

本文根据Leger激光散斑相干性理论,讨论测量表面粗糙度σ时两相干光束之间夹角的变化对测量精度和测量范围的影响,提出了合理选择夹角的理论依据,并从实验上得到了验证。     

时间序列动态散斑相关跟踪测量原理及其应用

在对散斑场的特性进行研究与分析的基础上,提出了时间序列动态散斑相关跟踪测量法,它弥补了一般散斑相关法不适合大变形测量的缺点,扩大了散斑相关法的应用范围.运用这种方法不仅可以测量大动态范围的面内变形,而且可以测量分析面内动态变形过程和变形速度.     

粗糙表面相关结构对远场散斑相位差统计性质的影响

假设弱散射体粗糙表面高度起伏服从高斯统计，在表面高度起伏分别服从高斯相关，指数相关，圆形相关的情况下，分析了由弱射体产生的远场高斯斑场相位差的条件统计分析。     

数字散斑相关方法及其在碳纤维复合材料压力容器变形测量中的应用

提出了一种新的基于图像灰度梯度迭代的数字散斑相关方法(DSCM,digital speckle correlation method)。通过使用DSCM测量碳纤维复合材料压力容器在水压下的局部区域的位移场和应变场,分析了复合材料压力容器的轴向和环向的变形特征,为碳纤维复合材料压力容器的优化设计提供了理论和实验依据。     

高炉送风系统力学行为的数字散斑相关法实验研究

研究高炉送风系统在燃烧、送风、切换状态时热风炉壳的力学性能。首次在热风炉炉壳测试中采用了高精度的数字散斑相关技术,利用自然光对热风炉壳进行了非接触式测量,得到了由于温度引起的轴向和环向的变形、应变及热应力等力学参量,光测结果与电测结果吻合较好。表明数字散斑相关测量技术应用于测量恶劣环境下力学参量有效,方法实用,较好地解决了热风炉壳的力学测试工作。     

光针扫描法检测光滑表面粗糙度

提出了一种用于光滑表面粗糙度测量的方法，利用两个标准参考面和两个偏振片实现对表面粗糙度的测量，通过两1／4波片克服光路可逆性的缺陷，给出了测量系统光路图，导出了该方法工作原理的数学表达式，并对该方法产生的测量不确定度进行了理论计算与计算机仿真，最后通过对一标准粗糙度样块进行测量，证明了该方案的可行性。结果表明实测值与样块厂家提供的标称值相符，并可实现0．2nm的测量精度。     

基于光切法的表面粗糙度检测的图像处理研究

介绍了表面粗糙度的检测方法，阐述了利用视频化改造后的9J型光切显微镜，基于光切法的表面粗糙度检测的数字图像处理方法，利用Canny算子进行边缘检测和保持连通的边缘细化算法进行细化处理，得到了较为理想的表面粗糙度轮廓曲线，为后续的表面粗糙度参数的计算奠定了基础。     

光外差干涉全光纤表面粗糙度传感器的研究

本文介绍了基于半导体激光器线性调频干涉技术的全光纤表面粗糙度传感器的研究，该传感器的灵敏度为０．００５μｍ，量程为４ｍｍ，属微型化传感器，辅之以机械传动机构可完成对复杂曲面表面，沟槽表面及３ｍｍ以上内孔表面的表面粗糙度测量，且结构简单易于实用化。     

表面粗糙度的变波矢光散射测量方法的研究

提出了表面粗糙度变波矢光散射测量方法，通过散射光强中心亮点光能量的参数ｌｎ，Ｅ随变化的线性关系来确定粗糙度ｗ，对６块粗糙度不同的硅片背面样品进行了实验测量。     

Performance Optimization of Phase-Shifting Interferometry Using Data Average on Wide Range Roughness Measurement

Performance optimization of phase-shifting interferometry was investigated using data average on wide range roughness measurement. The interferometry performance was strongly affected by data average and an optimal data averaging condition of minimal measurement error was found. The high limit roughness level which makes the data average available for the interferometry performance optimization providing a reproducible and smallest roughness was determined to be about 5 _A rms roughness. Therefore, the optimal interferometry performance absolutely required data average for finer surfaces than about 5 _A rms roughness. On the other hand, the optimal interferometry performance for surfaces rougher than about 10 _A rms required little data average. The reliability of the optimal performance of phaseshifting interferometry was checked.     

Correlation Length Measurement of Sidewall Roughness of Dry Etched Facet and Its Effect on Reflectivity

Dry etching is an important tool to fabricate various semiconductor photonic devices. The roughness of etched sidewalls should be avoided as it reduces the scattering loss. We present a spatial frequency analysis of the sidewall roughness of dry etched facets processed by reactive ion etching. A characteristic parameter corresponding to a correlation length is estimated to be ∼0.5 μm. In addition, its effect on reflectivities of etched reflectors is discussed.     

光滑表面粗糙度Rz参数的一种干涉测量法

介绍了一种光滑表面粗糙度Rz 参数的干涉测量法.该方法用空气膜层上表面与样本表面的基准面平 行的方式来观察等厚干涉条纹, 用干涉条纹间的相对运动来判断样本表面的峰谷, 同时也给出了新的Rz 计算公 式.该方法测量过程较简单、 对仪器要求较低且有助于样本的表面微观形貌分析     

角分辩的光散射轮廓及自仿射分形表面的粗糙指数的实验研究

建立了反射式随机表面的光散射特件实验测量系统,利用多幅平均及叠加连接的方法,得出入射角在45°～85°之间不同值时的光散射轮廓.结果表明,随着表面入射角的增加,光散射轮廓的半峰全宽逐渐减小.并且当入射角的增加到一定值时,光散射轮廓出现中央亮斑.由数学上的对称F降函数,推导出光散射轮廓的半峰全宽随散射光波矢的变化关系,从实验测得角分辩的的光散射轮廓中提取了自仿射分形随机表面的粗糙指数.与原子力显微镜测量得到的粗糙指数进行比较,两者符合得很好.     

小尺度表面粗糙度与介质吸收对介质折射率测量的影响

将介质表面的小尺度粗糙度等效为覆盖在理想光滑表面上的多层等厚折射率渐变的薄膜,并通过特征矩阵计算多层等效膜模型的P光反射率与入射角的关系.将吸收介质的折射率虚部带入菲涅尔公式进行计算.运用COMSOL Mutiphysics软件对表面粗糙度和介质吸收进行建模和仿真计算.计算结果表明,小尺度表面粗糙度与介质吸收都会导致折射率测量产生误差.分别考虑以布儒斯特角和全反角作为折射率测量的手段,为了得到优于10-5的测量准确度,测量表面粗糙介质的折射率时,采用全反角进行判定;测量具有吸收效应的介质折射率时,采用布儒斯特角进行判定.