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)了表面形貌計量儀器。同時表面形貌計量儀器在現(xiàn)代模具制造業(yè)也有著極其廣泛的應用。有一種表面微觀形貌叫做表面粗糙度，它影響著機械的運動性能和使用壽命，因此也需要相應的儀器來計量。目前主流的表面粗糙度檢測儀器有觸針式輪廓儀，光學探針式輪廓儀和干涉顯微鏡等。這幾種基于光學檢測的表面形貌檢測儀存在噪聲大，測量精度低及易受環(huán)境影響等不足，為了改善上述的這些缺點，本實驗室自主研發(fā)

2、了共光路等光程的微分移相干涉表面形貌測量儀。
　　本文根據(jù)自適應原則中的純光學方法，利用單軸晶體的雙折射特性，設計了參考光路和測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、光源不穩(wěn)定性以及空氣折射率的變化等因素對干涉測量結果的影響。由于采用弱信號檢測技術能夠提高測量分辨率，因此本文中的測量儀光源采用弱相干光源LED。弱信號檢測技術消除了白噪聲對測量結果的影響進而提高了系統(tǒng)的測量精度。
　　本文利用ZEMAX光

3、學設計軟件仿真了干涉系統(tǒng)各部分的物理光學傳播特性，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量儀的通用模型，并對標準球面進行了檢測仿真。仿真結果顯示得到的標準球面的波前干涉圖樣與實際干涉圖樣相符。通過對比仿真與實驗結果，結果表明

4、本文基于ZEMAX建立的微分剪切干涉儀模型能夠對實驗中搭建的共光路等光程的雙光束干涉儀系統(tǒng)進行準確的模擬仿真。之后本文基于ZEMAX干涉儀模型對可能影響干涉儀性能的各種因素進行了系統(tǒng)的仿真研究與分析。
　　為了進一步驗證系統(tǒng)的可靠性，本文對多種標準樣品進行了表面形貌測試，通過對比實驗測量數(shù)據(jù)計算得到的表面粗糙度與標準粗糙度之間的吻合度，結果顯示本系統(tǒng)得到的表面粗糙度接近真實值從而驗證了系統(tǒng)可靠性。此外本文還對檢測系統(tǒng)的水平分辨率、