基于激光干涉技术的透镜厚度精密检测方法研究

摘要

随着现代科学技术的迅速发展,光学系统在国防、航天、民用等各行各业应用越来越广泛。透镜中心厚度作为光学系统的一个重要参数，目前在国内其检测还停留在传统的接触式测量方法上，接触式测量因其效率低、精度差、易刮伤待测物件等缺点，无法满足对透镜中心厚度测量要求，这严重的制约了我国光学行业的发展。近年来，光纤低相干干涉技术的快速发展，为透镜中心厚度检测提供了良好的技术基础。
　　本文基于光纤低相干干涉技术的测厚原理，提出了一种非接触式透镜中心厚度检测系统，分析了影响检测系统检测精度的主要因素，并分别从光路、电路设计及信号处理等方面，提出了提高检测系统检测精度的方法。论文的具体工作如下：
　　在光路设计上，考虑到待测透镜一般具有极低的反射率，而平面反射镜具有很强的反射率。针对二者因反射光强度相差太大而导致干涉信号不明显的特点，设计了具有样品臂与参考臂入射光比例不同的迈克尔逊型干涉仪，以提高干涉信号的强度。另外，为了降低系统噪声对干涉信号的影响，设计了带通滤波器，以有效地抑制系统噪声。为了确保该测厚仪能够快速地进行检测，提高系统的效率，在待测镜片的载物台附近加入了一图像传感器(CCD),用于观测待测透镜前后表面的反射光是否完全进入样品臂，以便于进行透镜位置调整，以满足检测状态的干涉条件。
　　在检测方法和软件设计上，为了提高测量效率和检测精度，提出了一种采用移动反射镜正、反测量的方式，通过多次测量求平均值的方法减少测量误差，从而提高测量的重复性精度。在信号处理方法上，将K-means聚类算法应用于多组干涉信号峰值识别和提取，有效的提高了系统测量的重复精度。同时考虑到实际测量存在随机噪声，零光程差点的波峰位置可能被噪声点干扰，采用在波峰位置对称两侧相干长度范围内求积分的方法，寻找干涉信号零光程差点。
　　实验证明，上述方法能有效的减少系统误差和测量误差，测量重复精度明显提高;采用上述方法所设计的系统具有结构简单、测量速度快等特点,其测量精度优于1um，量程达60mm。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

2 透镜中心厚度检测原理及主要的器件选择

2.1 透镜中心厚度检测系统原理和组成

2.2仪器硬件的选择

2.3 本章小结

3 干涉信号的提取

3.1 提高干涉信号的强度

3.2 噪声的抑制

3.3 采样频率的选择

3.4 本章总结

4 干涉信号波峰定位方法

4.1干涉信号的预处理

4.2干涉信号波峰的初定位

4.3 干涉信号波峰的准确定位

4.4 本章小结

5 透镜中心厚度自动检测仪及实验结果分析

5.1 透镜中心厚度检测硬件组成

5.2 透镜中心厚度自动检测软件实现

5.3 透镜中心厚度检测结果

5.4 误差分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢