基于光干涉法的超精密車削表面微結(jié)構(gòu)在位檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、超精密車削的表面微結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于清潔能源、光學(xué)成像等領(lǐng)域，其表面形貌的完整性對(duì)提高發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)化效率、改善光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量具有重要意義。對(duì)于已加工的微結(jié)構(gòu)表面形貌的測(cè)量，目前普遍采用商品化的離線檢測(cè)設(shè)備，但是其只能實(shí)現(xiàn)小范圍微結(jié)構(gòu)的形貌測(cè)量。因此，針對(duì)超精密車床研發(fā)配套的在位檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)表面微結(jié)構(gòu)在位及大范圍測(cè)量，進(jìn)而改進(jìn)工件表面加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。
　　為了實(shí)現(xiàn)表面微結(jié)構(gòu)三維形貌的在位及大范圍測(cè)量，本文以搭建的垂直掃描光學(xué)干

2、涉在位檢測(cè)系統(tǒng)為依托，圍繞超精密車床光學(xué)在位檢測(cè)系統(tǒng)的研制、微結(jié)構(gòu)表面三維形貌的重構(gòu)、微結(jié)構(gòu)表面三維形貌的拼接方法、在位檢測(cè)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)及表面形貌在位拼接實(shí)驗(yàn)等關(guān)鍵問(wèn)題展開研究。本文的主要工作有：
　　根據(jù)待測(cè)表面微結(jié)構(gòu)形貌的特點(diǎn)，基于超精密車床設(shè)計(jì)一套光學(xué)干涉在位檢測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)光學(xué)干涉的發(fā)生條件，確定系統(tǒng)的硬件部件型號(hào)及性能參數(shù)。利用VS2010軟件，設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制及圖像采集軟件。綜合干涉系統(tǒng)軟硬件條件，實(shí)現(xiàn)干涉圖像的實(shí)

3、時(shí)采集存儲(chǔ)，為后續(xù)微結(jié)構(gòu)三維形貌的重構(gòu)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(diǎn)?；诠鈱W(xué)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(duì)干涉系統(tǒng)采集到的干涉圖像數(shù)據(jù)，利用MATLAB軟件對(duì)其進(jìn)行濾波處理并編寫峰值提取算法程序。
　　結(jié)合超精密車床的運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(zhǔn)問(wèn)題?；贛ATL

4、AB軟件仿真，確定快速模板匹配法和擴(kuò)展相位相關(guān)法的配準(zhǔn)精度。通過(guò)MATLAB的仿真，修正三維形貌面外偏差。
　　利用AFM標(biāo)定的微米級(jí)溝槽，評(píng)價(jià)在位檢測(cè)系統(tǒng)的性能及精度。利用標(biāo)準(zhǔn)柵格聚焦圖像，基于圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)，標(biāo)定干涉圖像的像素尺寸，確定了單口徑視場(chǎng)范圍。建立并對(duì)比輪廓儀徑向刻劃截線及三步相移法重構(gòu)的微結(jié)構(gòu)三維形貌徑向截線擬合方程，評(píng)價(jià)了單口徑微結(jié)構(gòu)形貌在位重構(gòu)的精度。結(jié)合超精密車床導(dǎo)軌及主軸精密運(yùn)動(dòng)，完成表面微結(jié)構(gòu)三維形貌大