應(yīng)用于白光輪廓儀的白光相移干涉算法研究
發(fā)布時間：2020-12-02 15:07
白光掃描干涉術(shù)作為一種重要的非接觸表面測量方法,其表面高度測量分辨率能夠達(dá)到0.1 nm,具備測量速度快、非接觸等檢測優(yōu)勢,適用于航空發(fā)動機(jī)精密零部件、光學(xué)元件、光纖產(chǎn)品、液晶顯示器3C玻璃等精密表面無損測量。本文對白光干涉信號的解算方法進(jìn)行了深入研究,通過建立隨機(jī)噪聲影響下的白光干涉信號模型,分析開發(fā)了一種采用噪聲平均思路構(gòu)建的白光干涉信號解算方法。該方法采用一對動態(tài)正交基底將一維白光干涉信號分解在了二維信號空間中,通過對隨機(jī)噪聲的平均處理,提高了解算結(jié)果的重復(fù)性。該算法在所構(gòu)建的白光輪廓儀系統(tǒng)上得到了應(yīng)用與驗證,系統(tǒng)標(biāo)定實驗使用了VLSI公司SHS-1800QC標(biāo)準(zhǔn)臺階,其標(biāo)定結(jié)果顯示設(shè)備測量重復(fù)性誤差為0.93nm,相對誤差0.52%。對渦扇發(fā)動機(jī)的傳動軸滑油封蓋、鋁膜反射鏡和光纖端面的測量實驗表明了本方法具有較高的測量精度和較好的測量重復(fù)性。本文涉及的主要研究成果包括:（1）建立了一種噪聲影響下的白光干涉信號模型。該模型將噪聲劃分為了系統(tǒng)性噪聲和隨機(jī)噪聲兩部分,分別影響白光干涉信號采樣結(jié)果的波前相位和采樣精度。（2）設(shè)計了一種具有較高解算精度和較優(yōu)測量重復(fù)性的白光干涉信號解算方...
【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市
【文章頁數(shù)】：86 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
表面拋光
中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文2對提高生產(chǎn)效率降低成本有重要意義。1.2微觀表面的檢測方法精密制造對檢測工具的需求促進(jìn)了檢測方法的研究與發(fā)展，按照微觀表面檢測方法的實現(xiàn)方式，可將測量方法劃分為接觸式和非接觸式兩類。1.2.1接觸式檢測技術(shù)接觸式檢測方法指測量設(shè)備的探測部分在測量過程中直接接觸被測樣品表面，進(jìn)而通過光學(xué)、電學(xué)等方法轉(zhuǎn)換成測量系統(tǒng)能夠處理的物理信號并最終將高度信息直觀地展現(xiàn)出來[7]。作為主要的接觸式測量方法，針觸式輪廓儀使用觸針直接接觸被測樣品表面，采用直角坐標(biāo)測量法實現(xiàn)輪廓表面形貌測量，即通過X軸和Y軸位置傳感器測繪出零件的表面輪廓點坐標(biāo)，再將所測得的數(shù)據(jù)點繪制在同一區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)表面三維形貌的檢測。因此，當(dāng)針觸式輪廓儀觸針在X-Y平面內(nèi)運動獲取三維表面高度值時，移動機(jī)構(gòu)的運動精度對整個的表面的測量精度起著決定性的作用。圖1-2是針觸式輪廓儀測量探針示意圖，當(dāng)被測表面高低起伏變化時觸針隨之起伏變化，進(jìn)而通過傳感器即可讀出高度起伏變化量。圖1-2針觸式輪廓儀測量探針接觸式測量方法作為最早發(fā)展的微觀表面檢測技術(shù)，測量技術(shù)已經(jīng)較為成熟，長度測量精度可達(dá)微米量級，能夠較為精確地繪制出樣品表面三維形貌，可應(yīng)用于機(jī)械加工、精密工具、刀具、模具、逆向工程等行業(yè)領(lǐng)域[8-11]。但由于接觸式測量方法本身的限制，其逐點測量速度慢，測量分辨率無法進(jìn)一步提高，對復(fù)雜表面測量需要編程，且會對測量樣品表面產(chǎn)生劃痕損傷，因此限制了該測量方法的使用范圍和發(fā)展前景。1.2.2非接觸式檢測技術(shù)非接觸式檢測技術(shù)主要有：掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學(xué)顯微鏡、白光掃描干涉術(shù)、激光共聚焦方法、變焦測量技術(shù)、條紋投影技術(shù)、激光三角法等。但不
中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文4現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)葉片冷卻孔幾何參數(shù)測量的商用設(shè)備。圖1-3是μCMM在渦輪葉片表面檢測中的應(yīng)用，可實現(xiàn)渦輪葉片樹形榫頭、面型輪廓、缺陷檢測和冷卻孔形貌的測量[21]。圖1-3渦輪葉片表面檢測條紋投影技術(shù)是一種采用結(jié)構(gòu)光實現(xiàn)物體表面三維形貌測量的方法[22]。測量時需要將編碼調(diào)制出的黑白或彩色條紋透射到被測物體表面，通過檢測物體表面結(jié)構(gòu)光的變形實現(xiàn)表面三維形貌測量。其測量精度可達(dá)數(shù)十微米，能夠?qū)崿F(xiàn)對物體表面輪廓的快速測量。該方法可用于葉片表面形貌的測量，具有較高的測量效率[23,24]，圖1-4為將黑白條紋投影在葉片表面上的結(jié)果。圖1-4條紋投影測量葉片表面形貌激光三角法以入射激光和反射激光構(gòu)成一個三角形實現(xiàn)表面高度測量[25]。測量時將激光以一定的入射角度照射在被測物體表面，在表面發(fā)生反射和散射后再另一角度位置匯聚成像在CCD感光芯片上，被測點的位置高度可由激光在CCD上的成像位置讀出。該方法具有較高的測量精度，可用于航空發(fā)動機(jī)葉片檢測，其測量分辨率可達(dá)10μm[26]，其測量系統(tǒng)如圖1-5所示。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超連續(xù)譜激光光源研究進(jìn)展[J]. 楊未強(qiáng),宋銳,韓凱,侯靜. 國防科技大學(xué)學(xué)報. 2020(01)
[2]基于掃描探針技術(shù)的超分辨光學(xué)成像和譜學(xué)研究進(jìn)展[J]. 薛孟飛,陳佳寧. 物理. 2019(10)
[3]基于Christopherson迭代的超精密加工流場分析方法[J]. 楊航,馬登秋,張強(qiáng),劉小雍,樊煒,張云飛,黃文,何建國. 強(qiáng)激光與粒子束. 2019(06)
[4]工件圓度誤差測量不確定度評定[J]. 王東霞,溫秀蘭,喬貴方. 光學(xué)精密工程. 2018(10)
[5]微納結(jié)構(gòu)幾何特征檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 周曉勤,侯強(qiáng),劉強(qiáng),許蓬子. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2015(03)
[6]接觸式三坐標(biāo)測量自由曲面輪廓的數(shù)據(jù)處理模型[J]. 仇谷烽,余景池,黃啟泰,倪穎,王毅. 光學(xué)精密工程. 2013(11)
博士論文
[1]異端類型三坐標(biāo)測量機(jī)結(jié)構(gòu)原理及誤差修正技術(shù)研究[D]. 王晨晨.合肥工業(yè)大學(xué) 2012
碩士論文
[1]光纖白光干涉測量技術(shù)應(yīng)用研究[D]. 馮程成.桂林電子科技大學(xué) 2019
[2]汽車車身三坐標(biāo)測量與數(shù)據(jù)處理的研究[D]. 胡建峰.湖南大學(xué) 2011
[3]表面微觀形貌的測量及其表征[D]. 李志強(qiáng).重慶大學(xué) 2006
[4]逆向工程中三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)處理的研究及系統(tǒng)開發(fā)[D]. 季勁松.浙江大學(xué) 2002
本文編號：2895503
【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市
【文章頁數(shù)】：86 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
表面拋光
中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文2對提高生產(chǎn)效率降低成本有重要意義。1.2微觀表面的檢測方法精密制造對檢測工具的需求促進(jìn)了檢測方法的研究與發(fā)展，按照微觀表面檢測方法的實現(xiàn)方式，可將測量方法劃分為接觸式和非接觸式兩類。1.2.1接觸式檢測技術(shù)接觸式檢測方法指測量設(shè)備的探測部分在測量過程中直接接觸被測樣品表面，進(jìn)而通過光學(xué)、電學(xué)等方法轉(zhuǎn)換成測量系統(tǒng)能夠處理的物理信號并最終將高度信息直觀地展現(xiàn)出來[7]。作為主要的接觸式測量方法，針觸式輪廓儀使用觸針直接接觸被測樣品表面，采用直角坐標(biāo)測量法實現(xiàn)輪廓表面形貌測量，即通過X軸和Y軸位置傳感器測繪出零件的表面輪廓點坐標(biāo)，再將所測得的數(shù)據(jù)點繪制在同一區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)表面三維形貌的檢測。因此，當(dāng)針觸式輪廓儀觸針在X-Y平面內(nèi)運動獲取三維表面高度值時，移動機(jī)構(gòu)的運動精度對整個的表面的測量精度起著決定性的作用。圖1-2是針觸式輪廓儀測量探針示意圖，當(dāng)被測表面高低起伏變化時觸針隨之起伏變化，進(jìn)而通過傳感器即可讀出高度起伏變化量。圖1-2針觸式輪廓儀測量探針接觸式測量方法作為最早發(fā)展的微觀表面檢測技術(shù)，測量技術(shù)已經(jīng)較為成熟，長度測量精度可達(dá)微米量級，能夠較為精確地繪制出樣品表面三維形貌，可應(yīng)用于機(jī)械加工、精密工具、刀具、模具、逆向工程等行業(yè)領(lǐng)域[8-11]。但由于接觸式測量方法本身的限制，其逐點測量速度慢，測量分辨率無法進(jìn)一步提高，對復(fù)雜表面測量需要編程，且會對測量樣品表面產(chǎn)生劃痕損傷，因此限制了該測量方法的使用范圍和發(fā)展前景。1.2.2非接觸式檢測技術(shù)非接觸式檢測技術(shù)主要有：掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學(xué)顯微鏡、白光掃描干涉術(shù)、激光共聚焦方法、變焦測量技術(shù)、條紋投影技術(shù)、激光三角法等。但不
中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文4現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)葉片冷卻孔幾何參數(shù)測量的商用設(shè)備。圖1-3是μCMM在渦輪葉片表面檢測中的應(yīng)用，可實現(xiàn)渦輪葉片樹形榫頭、面型輪廓、缺陷檢測和冷卻孔形貌的測量[21]。圖1-3渦輪葉片表面檢測條紋投影技術(shù)是一種采用結(jié)構(gòu)光實現(xiàn)物體表面三維形貌測量的方法[22]。測量時需要將編碼調(diào)制出的黑白或彩色條紋透射到被測物體表面，通過檢測物體表面結(jié)構(gòu)光的變形實現(xiàn)表面三維形貌測量。其測量精度可達(dá)數(shù)十微米，能夠?qū)崿F(xiàn)對物體表面輪廓的快速測量。該方法可用于葉片表面形貌的測量，具有較高的測量效率[23,24]，圖1-4為將黑白條紋投影在葉片表面上的結(jié)果。圖1-4條紋投影測量葉片表面形貌激光三角法以入射激光和反射激光構(gòu)成一個三角形實現(xiàn)表面高度測量[25]。測量時將激光以一定的入射角度照射在被測物體表面，在表面發(fā)生反射和散射后再另一角度位置匯聚成像在CCD感光芯片上，被測點的位置高度可由激光在CCD上的成像位置讀出。該方法具有較高的測量精度，可用于航空發(fā)動機(jī)葉片檢測，其測量分辨率可達(dá)10μm[26]，其測量系統(tǒng)如圖1-5所示。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超連續(xù)譜激光光源研究進(jìn)展[J]. 楊未強(qiáng),宋銳,韓凱,侯靜. 國防科技大學(xué)學(xué)報. 2020(01)
[2]基于掃描探針技術(shù)的超分辨光學(xué)成像和譜學(xué)研究進(jìn)展[J]. 薛孟飛,陳佳寧. 物理. 2019(10)
[3]基于Christopherson迭代的超精密加工流場分析方法[J]. 楊航,馬登秋,張強(qiáng),劉小雍,樊煒,張云飛,黃文,何建國. 強(qiáng)激光與粒子束. 2019(06)
[4]工件圓度誤差測量不確定度評定[J]. 王東霞,溫秀蘭,喬貴方. 光學(xué)精密工程. 2018(10)
[5]微納結(jié)構(gòu)幾何特征檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 周曉勤,侯強(qiáng),劉強(qiáng),許蓬子. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2015(03)
[6]接觸式三坐標(biāo)測量自由曲面輪廓的數(shù)據(jù)處理模型[J]. 仇谷烽,余景池,黃啟泰,倪穎,王毅. 光學(xué)精密工程. 2013(11)
博士論文
[1]異端類型三坐標(biāo)測量機(jī)結(jié)構(gòu)原理及誤差修正技術(shù)研究[D]. 王晨晨.合肥工業(yè)大學(xué) 2012
碩士論文
[1]光纖白光干涉測量技術(shù)應(yīng)用研究[D]. 馮程成.桂林電子科技大學(xué) 2019
[2]汽車車身三坐標(biāo)測量與數(shù)據(jù)處理的研究[D]. 胡建峰.湖南大學(xué) 2011
[3]表面微觀形貌的測量及其表征[D]. 李志強(qiáng).重慶大學(xué) 2006
[4]逆向工程中三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)處理的研究及系統(tǒng)開發(fā)[D]. 季勁松.浙江大學(xué) 2002
本文編號：2895503
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