基于光干涉法的超精密車削表面微結構在位檢測技術研究.pdf

1、超精密車削的表面微結構廣泛應用于清潔能源、光學成像等領域，其表面形貌的完整性對提高發(fā)電裝置的轉化效率、改善光學系統(tǒng)的質量具有重要意義。對于已加工的微結構表面形貌的測量，目前普遍采用商品化的離線檢測設備，但是其只能實現(xiàn)小范圍微結構的形貌測量。因此，針對超精密車床研發(fā)配套的在位檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)表面微結構在位及大范圍測量，進而改進工件表面加工質量，提高生產(chǎn)效率。
　　為了實現(xiàn)表面微結構三維形貌的在位及大范圍測量，本文以搭建的垂直掃描光學干

2、涉在位檢測系統(tǒng)為依托，圍繞超精密車床光學在位檢測系統(tǒng)的研制、微結構表面三維形貌的重構、微結構表面三維形貌的拼接方法、在位檢測系統(tǒng)的性能評價及表面形貌在位拼接實驗等關鍵問題展開研究。本文的主要工作有：
　　根據(jù)待測表面微結構形貌的特點，基于超精密車床設計一套光學干涉在位檢測系統(tǒng)。根據(jù)光學干涉的發(fā)生條件，確定系統(tǒng)的硬件部件型號及性能參數(shù)。利用VS2010軟件，設計集成系統(tǒng)驅動控制及圖像采集軟件。綜合干涉系統(tǒng)軟硬件條件，實現(xiàn)干涉圖像的實

3、時采集存儲，為后續(xù)微結構三維形貌的重構提供數(shù)據(jù)支持。
　　根據(jù)光源的差異，分析單色光相移干涉與白光干涉的特點?；诠鈱W干涉原理，建立幾種常用的白光干涉條紋峰值提取算法。針對干涉系統(tǒng)采集到的干涉圖像數(shù)據(jù)，利用MATLAB軟件對其進行濾波處理并編寫峰值提取算法程序。
　　結合超精密車床的運動，確定待拼接形貌數(shù)據(jù)的獲取模式及單次拼接中的誤差。針對單次拼接中平移變換誤差，利用快速模板匹配法，解決存在平移變換圖像配準問題?；贛ATL

4、AB軟件仿真，確定快速模板匹配法和擴展相位相關法的配準精度。通過MATLAB的仿真，修正三維形貌面外偏差。
　　利用AFM標定的微米級溝槽，評價在位檢測系統(tǒng)的性能及精度。利用標準柵格聚焦圖像，基于圖像邊緣檢測技術，標定干涉圖像的像素尺寸，確定了單口徑視場范圍。建立并對比輪廓儀徑向刻劃截線及三步相移法重構的微結構三維形貌徑向截線擬合方程，評價了單口徑微結構形貌在位重構的精度。結合超精密車床導軌及主軸精密運動，完成表面微結構三維形貌大