双光栅在不同夹角下测量杨氏模量的实验研究

根据莫尔条纹的位移放大原理,利用在光栅栅距恒定时栅线夹角与莫尔条纹的宽度在小角度情况下成反比的关系,对钢丝杨氏弹性模量进行测量.通过对测量数据及计算结果的分析,得出结论:莫尔条纹的宽度随夹角增大而减小;测量误差随着光栅夹角增加而增大,但小于5%.并将实验值与理论值相比较,确定莫尔条纹法测量杨氏模量的可行性.     

莫尔条纹法测量微小旋转角度的频域分析

利用菲涅耳衍射的频域分析方法,对莫尔条纹复振幅分布公式进行了理论推导,得到了使用两块相同光栅组成的光栅付测量微小角度的原理公式,与利用几何光学等方法得到的结论一致.模拟结果表明：莫尔条纹是光栅付拍现象的最低频率含量,莫尔条纹内含有大量高次谐波|在探测器光学系统放大率一定的前提下,为通过直接测量莫尔条纹宽度的变化达到测量角度变化的目的,必须根据测角精度、探测器的尺寸和分辨率选择合适的光栅付光栅常数和光栅付初始夹角.     

莫尔条纹法测量微小旋转角度的频域分析

利用菲涅耳衍射的频域分析方法,对莫尔条纹复振幅分布公式进行了理论推导,得到了使用两块相同光栅组成的光栅付测量微小角度的原理公式,与利用几何光学等方法得到的结论一致.模拟结果表明:莫尔条纹是光栅付拍现象的最低频率含量,莫尔条纹内含有大量高次谐波;在探测器光学系统放大率一定的前提下,为通过直接测量莫尔条纹宽度的变化达到测量角度变化的目的,必须根据测角精度、探测器的尺寸和分辨率选择合适的光栅付光栅常数和光栅付初始夹角.     

用于短波长RT不稳定性的莫尔条纹成像技术

瑞利-泰勒(RT)不稳定性对内爆有十分不利的影响,在很多情况下,10μm左右的波长的小尺度扰动增长是最快的,这要求诊断设备的空间分辨好于几μm,但是现有的设备难以做到这一点。为了测量短波长的RT不稳定性,利用莫尔条纹技术的差拍放大作用,发展了莫尔条纹技术,并在“星光Ⅱ”装置上进行了莫尔干涉法的实验。采用两个周期相近10μm和12μm的光栅成像,获得了周期为60μm的清晰的莫尔条纹图像,图像放大了5倍。实验结果表明,莫尔条纹技术是可行的。     

扭转角测量系统中焦距误差分析

针对莫尔条纹测量扭转变形方案,分析了双光栅在光学系统存在焦距误差时对扭转角测量精度的影响。通过在传统的莫尔条纹测量扭转角理论公式的基础上引入焦距对于光栅像的缩放效应,推导出含有焦距因子的扭转角测量模型。由模型可知,随着光学系统焦距差异的增大,对应的扭转角也会随之发生较大变化。特别当光栅夹角在小角度范围（1°～3°）内变化时尤为明显,最终影响到扭转变形的测量精度。在设计的实验中,利用2个已知焦距的光学系统,通过采集莫尔条纹图像进行扭转角精度分析,验证了该文提出的理论。     

基于校正多相位快速傅里叶变换算法的叠栅条纹相位差测量

叠栅条纹相位差测量是光栅位移测量中的关键技术,在两块光栅相对运动过程中,叠栅条纹信号的频率会因光栅夹角误差的存在而发生偏移,采用传统多相位快速傅里叶变换(MPFFT)算法计算任意时刻叠栅条纹相位值会产生测量误差,导致相位差测量不准确。为了减少频偏所产生的相位测量误差,提出了一种校正MPFFT相位测量算法,推导出了基于相位差校正法的MPFFT谱校正模型。仿真结果表明,在无噪声情况下,当光栅夹角误差为0.1°时,信号的最大频率偏移量约为4.19kHz,传统MPFFT相位测量误差大于100°,经相位校正后,相位测量误差小于0.2°,相位差测量误差小于0.004°;在高斯噪声和谐波干扰情况下,相位差测量误差小于0.2°,当取栅距为20μm时,相位差测量误差所产生的位移测量误差小于0.0111μm,为光栅位移纳米级测量提供了参考。     

基于莫尔条纹的全周转角精密测量方法

由于将莫尔条纹图进行快速傅里叶变换时会导致频谱泄露,导致无法实现360°的全周精确测量,因此提出基于莫尔条纹的全周转角测量方法并搭建转角测量系统。以1°为步距,利用CMOS相机采集不同宽度的莫尔条纹图像,采用快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）对条纹进行处理,得到光栅频谱信息。同时采用汉宁窗能量重心校正算法（Hanning-window energy centrobaric method, HnWECM）校正频谱,得到莫尔条纹图像表征转角的真实有效信息,实现全周精确测量。实验结果表明,该系统可快速精准地实现转角的全周测量,测量范围广,最大误差率为0.243 3%。     

浅议莫尔现象及应用

莫尔(moire)一词来自法文,含义为波动的,或起波纹.在日常生活中,当我们将两块窗纱叠在一起时形成一种不规则明暗相间的花纹,这就是莫尔条纹.现在,莫尔现象已广泛应用于科学研究和工程技术之中,莫尔条纹作为精密计量手段可用于长度,角度、振动等领域的测量.1莫尔条纹的形成将两块参数相近的透射光栅以小角度叠合,将产生放大的光栅.如图1和图2为两块光栅常数相同的光栅A和B,叠合后得到如图3所示的放大光栅即莫尔条纹.     

扫描干涉场曝光系统中干涉条纹周期测量误差对光栅掩模槽形的影响

扫描干涉场曝光系统中干涉条纹周期的测量误差是影响曝光过程中相位拼接的主要因素。为制作符合离子束刻蚀要求的高质量光栅掩模,建立了条纹周期测量误差与扫描曝光对比度关系的数学模型,利用光刻胶在显影过程中的非线性特性,建立了扫描干涉场曝光光栅的显影模型,给出了光栅掩模槽形随周期测量误差的变化规律,并进行了实验验证。结果表明:周期测量误差不仅会使掩模槽形变差,还会引起槽形在空间上的变化。在周期测量的相对误差一定时,相位拼接误差与相邻扫描间的步进间隔成正比,与干涉条纹周期成反比。在显影条件一定、曝光光束束腰半径1mm、曝光步进间隔0.8mm、曝光线密度1800gr/mm时,周期测量误差控制在139ppm以内,理论上可以制作槽底洁净无残胶、槽形均匀的光栅掩模。     

基于双朗奇光栅的焦距测量技术研究

随着中长焦距光学元件在光学遥感、高功率激光器和天文望远镜等系统中的广泛应用,对这类光学元件焦距的高精度测量提出要求。在双光栅干涉焦距测量技术的基础上,提出了一种新的改进算法。该算法通过Moiré条纹倾斜角度与待测元件焦距之间的函数关系得到焦距计算公式,并利用入射平面波时Moiré条纹的理想状态优化了该计算公式,解决了Moiré条纹倾角基准线的确定问题,提高了Moiré条纹角度求解精度。采用2块周期为20 μm的朗奇光栅搭建了长焦距测量装置。实验测得的透镜焦距为36.690 m,测量重复精度达0.382‰。     

离焦条纹投影三维测量中正弦光栅的二值化方法研究

采用离焦二值条纹投影技术进行三维面形测量可以克服数字投影仪的非线性响应,同时有利于提高投影速度,实现高速测量.通过理论分析和实验研究了采用数字投影仪时二值条纹的基频、高次谐波能量分布与条纹周期的关系.结合相移算法,以相位测量误差为指标,衡量各种二值条纹的性能.研究结果表明:在周期小时,罗奇光栅和二维误差扩散算法生成的二值条纹离焦后能产生正弦性较好的条纹;在采用满周期等间隔奇数次相移时,罗奇光栅离焦能获得更高的测量准确度;在周期大时,采用优化脉宽调制方法得到的二值光栅离焦测量准确度最高.研究结果为离焦条纹投影三维测量中二值光栅的选择提供了依据.     

CCD在自准直仪中用于莫尔条纹成像研究

讨论了基于纵向莫尔条纹检测的光栅自准直仪测量原理.运用光学傅里叶原理推导出,利用线阵CCD取代指示光栅可以在自准直仪中产生莫尔条纹.实验验证了当标尺光栅在CCD投影光栅常量d2与其光栅常量d1之比为s=1.01时,纵向莫尔条纹的放大作用能达到14.14倍.该方法消除了因指示光栅衍射作用影响试验结果的问题,显著提高了系统的角分辨力,并简化了自准直仪光学系统.     

基于快速傅里叶变换的条纹图像处理研究

为提高船体扭转角变形测量精度,对双光栅干涉测量法产生的莫尔条纹采用快速傅里叶变换频域处理。采集不同宽度的莫尔条纹图像,分别对图像进行快速傅里叶变换,对比分析图像频谱,得到实际莫尔条纹图像的有效频率信息。分析滤波器的选择原则,选用陷波低通滤波器,去除频域图像中高频噪声,获得莫尔条纹有效信息。实验结果表明,莫尔条纹的频域处理精度远高于空域处理结果,使扭转角测量精度提高到1.2″。     

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.     

莫尔条纹技术的三维测角方法研究

针对传统莫尔条纹技术在测量物体偏转角度中不能对多维角度变化进行测量的问题,采用了一种分区间设计的组合光栅方法,并结合光学自准直成像方法构建了一种新的实验系统装置,利用该系统通过测量莫尔条纹的变化实现了对被测量物体偏转角度的三维测量,对合作光学反射镜的偏转角度测量精度优于1”,绕轴转动测量精度优于2”。     

基于莫尔条纹的测距实验装置设计

设计了以莫尔条纹为基础的距离测量实验装置;分别做了莫尔条纹栅距B与两光栅夹角口的关系实验和两光栅相对移动距离d与莫尔条纹明暗变化次数N的关系实验,并将实验中的数据与理论值相比较,从而确定该实验装置的可行性。     

一种弱化莫尔条纹的狭缝光栅屏裸眼3D显示器

常规竖直狭缝光栅和倾斜狭缝光栅的发光二极管(LED)屏裸眼3D显示器分别存在明显的莫尔条纹和立体图像串扰等问题,为此,提出一种弱化莫尔条纹的狭缝光栅LED屏裸眼3D显示器,它由LED屏和错位非均宽透光条的狭缝光栅构成。该狭缝光栅根据LED屏黑矩阵较宽的特点,通过适当增大透光条宽度和移动透光条在其周期中的位置,来增加狭缝光栅周期结构与LED屏像素周期结构之间的差异,降低莫尔条纹中暗带的对比度,并使莫尔条纹变得稀疏,从而达到既能弱化莫尔条纹,又不会明显增加立体图像串扰的目的。制作了所提狭缝光栅LED屏裸眼3D显示器样机,获得了莫尔条纹显著弱化、无明显立体图像串扰的显示效果,验证了理论的正确性。     

光栅莫尔条纹特性检测仪的研制

介绍一种应用CCD进行测量的光栅莫尔条纹特性检测仪.该检测仪的结构完全开放,检测过程透明.不仅能够检测光栅副相对移动位移和移动方向与莫尔条纹移动数目和移动方向的关系,而且可以检测光栅副夹角变化对莫尔条纹宽度的影响.应用该仪器可以进行"莫尔条纹移动数目与光栅副移动位移关系测定"和"光栅副夹角变化和莫尔条纹宽度变化关系测定"两个实验,实验结果理想.     

用阴影莫尔条纹偏折术测量反射表面角位移

介绍一种阴影莫尔条纹偏折术。利用光栅自成象面的倾斜引起莫尔条纹方向变化来测量反射表面的角位移。     

基于单目结构光的大物体三维测量关键方法的研究

在单目结构光的三维测量系统中,由于投影仪倾斜投影, 参考平面上的条纹周期展宽, 给测量带来误差,降低了测量精度。同时受大物体自身几何和形貌等因素的影响,以及相交轴测量系统的限制,其单幅面测量范围受限,很难一次测量大物体完整的三维形貌,而且在测量大物体时,摄像机镜头非线性畸变也影响测量精度。根据参考平面上光栅条纹的周期变化规律,提出了一种适用性好、方便快捷的条纹周期校正的理论模型, 在此基础上, 提出了基于条纹周期校正的四步相移法的理论模型,进而提出了基于条纹周期校正的时间相位展开法的理论模型。采用摄像机镜头非线性畸变校正模型,提高测量精度。在被测物表面粘贴标志点,获取其三维坐标,利用SVD分解和L-M优化算法求取转换矩阵,并在设定的全局坐标系下实现三维图像拼接,采用线性加权算法,对重叠区域进行图像融合。实验结果表明,X轴的拼接误差为0.14 mm,Y轴的拼接误差为0.16 mm,Z轴的拼接误差为0.19 mm,其拼接误差均在测量误差允许范围之内。