校直误差对平面镜偏折术面形测量的影响

偏折术中的几何结构标定误差是制约低阶面形测量精度的主要因素。分析几何结构标定中校直误差与平面镜低阶面形测量误差之间的关系,给出描述校直误差与面形测量误差之间关系的灵敏度方程和权重因子,并通过模拟和实验结果对其进行验证。结果表明,校直误差会在面形测量结果中引入倾斜、离焦、像散和彗差等像差项,且面形测量误差与校直误差成正比。本研究有助于选择合适的偏折术系统结构,以提高低阶面形测量精度,同时可为偏折术测量中面形误差的评估和分析提供理论指导。     

基于标准平面镜的双目偏折术系统标定

相位偏折术中,系统标定精度对面形测量精度具有决定性的影响。采用带标记点标靶进行标定时,由于其表面不是理想平面而引入误差,导致虚像姿态求解不精确,进而影响标定精度。通过使用高精度的标准平面镜作为反射镜,从初始系统参数开始,采用交替方向优化的方法实现系统几何参数的标定,提高了标定精度,同时避免了变量过多导致的矩阵病态问题。使用该方法对双目相位测量偏折系统进行标定后,对100 mm口径的标准平面镜进行了对比测量。由测量面形可知,该方法可显著降低测量均方根误差和低频面形误差。相比于传统带标记点标靶的方法,有效提高了标定的精度和稳定性。     

标定误差对色散条纹共相误差检测影响的修正

色散条纹共相误差检测技术需要以一定的方法对采集的色散条纹图像进行分析处理,才能得到所对应的平移误差值。与其他色散条纹分析方法相比,主峰位移提取法能够同时适用于大量程以及一个波长以内小量程的平移误差检测。但是,该方法的检测精度容易受到条纹中心线标定误差的影响。为对该影响进行修正,首先通过分析平移误差对双孔衍射图样的影响,提出了一种条纹中心线位置自适应提取方法;在此基础上,结合主峰位移提取法的基本原理,提出了修正条纹中心线标定误差影响的方法;最后搭建实验光路,验证了所提修正方法的有效性。实验结果表明,在存在中心线标定误差的情况下,所提方法能够取得小于30nm的测量精度,相比于修正之前精度大大提高。该方法有效地提高了主峰位移提取法的的抗干扰能力与工程实用性。     

显示器面形对拼接偏折术测量精度的影响研究

偏折术作为一种高精度的面形检测方法,其测量精度不仅依赖于系统参数的标定精度,还受到显示器面形的影响,尤其是对于常用的基于平面镜反射模型实现系统标定的偏折术测量系统,显示器面形还会直接影响系统参数的标定精度。为了研究显示器面形对拼接偏折术测量精度的影响,首先预设了不同形变量的显示器面形,再依据提出的计算方法分析了其对系统标定精度以及测量精度的影响,结果证明显示器面形不仅会降低系统参数的标定精度,还会在待测元件的面形测量结果中引入较大的低阶项及高阶项误差。最后通过与实验结果对比,进一步验证了所提出方法的正确性,该研究为拼接偏折术检测系统的测量误差提供了一种定量计算分析方法。     

基于入瞳中心标定的位相测量偏折术光学元件曲率半径测量

对于传统的相位测量偏折术,基于反射定理的测量原理导致其难以完成具有大陡度的大曲率元件曲率半径全口径测量。因此,传统单目偏折术与平面反射镜相结合的测量方法被提出。然而,现有的测量方法中需将安装于显示器上的平面反射镜严格处于45°倾斜状态,并在水平方向与相机光轴的夹角为45°,这无疑使实验装置的调整难度大大增加。提出了一种基于成像透镜入瞳中心标定的测量方法,该方法只需要利用显示器的平移来获得成像相机的入瞳中心即相机的投影中心,而无需精确调整相机和平面反射镜的姿态,操作简单,易于实现。实验中测量了曲率半径均值为8.262 mm的凸球面光学元件,测量得到其每点的平均曲率半径均值为8.321 mm,PV为0.212 mm,相对误差约为0.71%。相比于现有的正入射光路,所提方法不仅实验装置调整难度低,而且还能保证较高的实验测量精度,验证了该方法的可行性。     

莫尔偏折术中栅距差的影响研究

分析了莫尔偏折术中光栅付栅距差对测量精度的影响,提出了用减小栅距差来提高精度的结构措施。     

机械臂D-H参数和减速比几何标定及误差补偿

针对机械臂D-H参数和关节电机减速比不精确导致机械臂绝对定位精度降低的问题,提出了在利用几何分析标定机械臂D-H参数的基础上,通过分析关节实际旋转角度和相应电机编码器码值的线性关系,标定关节电机减速比的方法。针对关节角误差微分补偿法计算量大的缺点,通过推导机械臂末端位姿矩阵误差和关节角误差之间的微分关系建立误差模型,求解关节补偿角,避免了雅各比矩阵的求取,提高了计算效率。最后采用三维激光跟踪仪搭建测量系统,完成了一种6自由度机械臂的标定及补偿实验。实验结果表明,通过参数标定及误差补偿,机械臂的绝对定位误差均值从标定前的2.83 mm和1.14°降低到0.54 mm和0.24°,验证了方法的有效性。     

单相机监控偏折术测量方法

基于相位测量偏折术的测量原理,针对移动屏幕偏折术测量方法中的重复标定问题,提出了基于单相机监控的偏折术测量方法。通过辅助相机监控LCD显示屏幕的两个位置,通过PnP方法和坐标系变换确定LCD显示屏幕在主相机中的位姿关系。利用绝对相位追踪对应同一像素的LCD显示屏幕两个位置上的同名相位点,确定入射光线,最终确定法线和梯度信息,并根据径向基函数插值法精确重建镜面面形。采用镜面标定法对具有不同视场的主辅相机进行标定。该方法只需标定一次,不会产生重复标定误差。仿真和实验验证了该方法的可行性,初步实验结果验证该方法具有较高的检测精度。     

基于线面模型的偏折术测量方法

将传统的反射光线与入射光线求交问题转化为反射光线与入射光线所在平面的求交问题并构建线面模型.使用点光源替代传统连续面光源,通过检测入射光线上两点或多点光源的投射光线确定入射光平面,通过反射光线和入射光平面求交确定镜面三维点.基于镜面位姿标定方法提出线面偏折术系统的标定方法,只需一次标定即可用于镜面测量.仿真分析了位姿关系标定结果对系统重建精度的影响.系统测量最大误差为0.25mm,误差均方根值为0.073mm.实验验证了所提方法的可行性,实验结果表明该方法具有较高的测量精度.     

偏折层析的滤波反投影算法及误差分析

对偏折层析投影转换为相位层析投影的转换关系进行了分析,给出明晰的数学关系,并针对偏折层析的滤波反投影算法重建的结果进行误差分析。分析结果表明投影噪声对重建场的作用体现在与由偏折层析滤波反投影算法的滤波器有关的倾斜函数上。因此提出了改进的偏折层析滤波反投影算法,数值模拟表明,改进算法在有效抑制倾斜现象的同时,对重建结果不会造成明显的失真。在此基础上改进的算法被用于真实火箭燃气射流密度场的三维重建中。     

多光束莫尔偏折术的探讨

本文探讨了莫尔偏折术应用的新方法——多光束莫尔偏折术.该法无需测量莫尔条纹偏折角,而是记录条纹对比度最好时试件的位置.文章阐述了其基本原理,并在光栅栅距和光楔楔角测量上进行了实验验证,取得较好的结果.     

多光束莫尔偏折术的探讨

探讨了莫尔偏折术应用的新方法——多光束莫尔偏折术。此法不测量条纹的偏折角,而是记录条纹最清晰时试件的位置。文章论述了其基本原理,并对光栅栅距和光楔楔角的测量进行实验论证,取得较好的结果。     

静态球对称引力场中光线偏折的几何算法

光线的引力偏折和光在介质中的折射有统一的地方,本文采用几何光学的方法讨论星光掠过太阳时的偏折角度,所得结果和经典文献一致.     

基于偏折术的角膜地形图测量方法研究

为了提高获取角膜地形图的测量精度,将相位测量偏折术和传统Placido盘法相结合,研究了一种新型的人眼角膜地形图获取方法。将人眼顶点处的法线与相机光轴共线,且与显示器的法线平行。显示器上显示的二维正交条纹图经人眼反射后,被相机接收。利用相位提取算法和迭代算法得到显示器和人眼角膜的坐标,再根据两者的几何关系,进而得到人眼角膜地形图。数值模拟表明模型眼的曲率半径和屈光度的测量精度理论上可达±14.7μm和±0.07D。最后实验上对曲率半径与人眼接近的球面元件进行了测量验证,结果表明,本方法具有测量精度高、装置简单、成本低等优点。     

相位测量偏折术中高质量条纹的获取

相位测量偏折术中的相位误差主要分为CCD相机的随机误差以及由结构光照明光源与CCD相机的非线性响应导致的非线性误差。从影响相位误差的根源分析,建立了条纹质量与相位误差、相机镜头光圈数、编码条纹的周期、调制度等因素的分析模型,并对该模型的可靠性与正确性进行仿真与实验验证。理论分析、仿真与实验结果表明:获取条纹的对比度与相机镜头光圈数、编码条纹的周期和调制度成正比,获取条纹的正弦性与相机镜头光圈数、编码条纹的周期及调制度成反比。根据该条纹质量分析模型优化系统参数,可以获得高质量的条纹。该条纹质量分析模型同样适用于面结构光三维测量等其他技术。     

表面微结构辐射器几何结构对发射性能的影响

放射性同位素热光伏系统(RTPV)中表面微结构辐射器几何尺寸是决定其发射性能和系统效率的关键因素之一。本文通过对单个钨微腔宽度、高度以及壁厚对辐射器发射性能影响的探讨,初步得出了其红外辐射出射特点的产生原因,并利用时域有限差分算法(FDTD)对不同几何尺寸微腔的发射性能进行了对比。最后结合GaSb量子效率曲线,发现当微腔高度、宽度与壁厚分别为0.8,1.8,0.1μm时,其发射性能与GaSb匹配程度较好。     

波纹误差对同轴布拉格结构反射特性的影响

利用模式匹配法建立了分析波纹参数具有随机误差的矩形槽同轴布拉格结构反射特性的理论模型,并以一个以基模(TEM)工作于220GHz附近的矩形槽同轴布拉格结构为例,研究了矩形凹槽的深度、宽度、周期长度以及位置的随机误差对其反射率频率响应的影响。数值模拟结果表明:在给定的误差范围条件下,凹槽宽度与位置的随机误差对该结构的反射性能影响较小,而凹槽深度与周期长度的随机误差是影响结构反射特性的主要因素,因此在结构的加工制备过程中应视器件性能要求严格控制两者的制造公差。     

波纹误差对同轴布拉格结构反射特性的影响

利用模式匹配法建立了分析波纹参数具有随机误差的矩形槽同轴布拉格结构反射特性的理论模型,并以一个以基模（TEM）工作于220 GHz附近的矩形槽同轴布拉格结构为例,研究了矩形凹槽的深度、宽度、周期长度以及位置的随机误差对其反射率频率响应的影响。数值模拟结果表明：在给定的误差范围条件下,凹槽宽度与位置的随机误差对该结构的反射性能影响较小,而凹槽深度与周期长度的随机误差是影响结构反射特性的主要因素,因此在结构的加工制备过程中应视器件性能要求严格控制两者的制造公差。     

基于相位测量偏折术的非球面法线向量测量

非球面可以由其法线汇来表征,即可以由法线距和法线角的关系来描述.提出了一种基于相位测量偏折术(PMD)的非球面反射镜法线向量检测方法.在PMD测量系统中,将待测镜沿光轴方向作相对移动.在移动过程中,由CCD相机扫描待测镜,观察并记录下随待测镜移动而发生变化的条纹图,通过相位分布计算得到非球面法线距和法线角的关系,即非球...     

基于透射偏折术的三维流场流动显示方法

提出了一种基于相位测量偏折术波前检测的三维流场流动显示方法。光线经过流场后的方向偏转反映流场内部折射率变化,根据逆哈特曼波前检测模型,通过同时记录多个视角的光线偏折量,利用迭代反演重建技术对流场进行三维重构。详细介绍了测量原理以及算法,通过数值模拟验证了高速流场瞬态流动结构的三维重建,密度场重建误差的均方根误差(rms)约为0.19 kg/m^-3,验证了本方法的正确性。结果表明,该方法具有非接触式定量测量、精度高、装置简单、成本低等优点,为实现大视场定量的复杂三维流场密度测量提供理论基础。