高精度共光路微分剪切干涉儀的研究.pdf

1、很多現(xiàn)代工業(yè)品造型具有復(fù)雜曲面，為了獲得工藝品的表面形貌及其特性參數(shù)出現(xiàn)了表面形貌計(jì)量?jī)x器。同時(shí)表面形貌計(jì)量?jī)x器在現(xiàn)代模具制造業(yè)也有著極其廣泛的應(yīng)用。有一種表面微觀形貌叫做表面粗糙度，它影響著機(jī)械的運(yùn)動(dòng)性能和使用壽命，因此也需要相應(yīng)的儀器來計(jì)量。目前主流的表面粗糙度檢測(cè)儀器有觸針式輪廓儀，光學(xué)探針式輪廓儀和干涉顯微鏡等。這幾種基于光學(xué)檢測(cè)的表面形貌檢測(cè)儀存在噪聲大，測(cè)量精度低及易受環(huán)境影響等不足，為了改善上述的這些缺點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)

2、了共光路等光程的微分移相干涉表面形貌測(cè)量?jī)x。
　　本文根據(jù)自適應(yīng)原則中的純光學(xué)方法，利用單軸晶體的雙折射特性，設(shè)計(jì)了參考光路和測(cè)量光路等光程共光路的干涉系統(tǒng)。該干涉系統(tǒng)消除了照明光源波長(zhǎng)、光源不穩(wěn)定性以及空氣折射率的變化等因素對(duì)干涉測(cè)量結(jié)果的影響。由于采用弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)能夠提高測(cè)量分辨率，因此本文中的測(cè)量?jī)x光源采用弱相干光源LED。弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)消除了白噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響進(jìn)而提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度。
　　本文利用ZEMAX光

3、學(xué)設(shè)計(jì)軟件仿真了干涉系統(tǒng)各部分的物理光學(xué)傳播特性，并分析了系統(tǒng)的能量分布。根據(jù)弱相干光源的空間相干性和時(shí)間相干性，光源的尺寸越小，光波的空間相干性越好。本文通過調(diào)整空間濾波器通光孔徑的最大半徑值找到了適合本系統(tǒng)的空間濾波器尺寸，并且得到了質(zhì)量較好的干涉圖樣。本文在ZEMAX中建立了微分移相干涉表面形貌測(cè)量?jī)x的通用模型，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球面進(jìn)行了檢測(cè)仿真。仿真結(jié)果顯示得到的標(biāo)準(zhǔn)球面的波前干涉圖樣與實(shí)際干涉圖樣相符。通過對(duì)比仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明

4、本文基于ZEMAX建立的微分剪切干涉儀模型能夠?qū)?shí)驗(yàn)中搭建的共光路等光程的雙光束干涉儀系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬仿真。之后本文基于ZEMAX干涉儀模型對(duì)可能影響干涉儀性能的各種因素進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真研究與分析。
　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，本文對(duì)多種標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了表面形貌測(cè)試，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到的表面粗糙度與標(biāo)準(zhǔn)粗糙度之間的吻合度，結(jié)果顯示本系統(tǒng)得到的表面粗糙度接近真實(shí)值從而驗(yàn)證了系統(tǒng)可靠性。此外本文還對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的水平分辨率、