超精密加工表面的白光扫描干涉测量系统研究

摘要

现代国防工业、航空航天、汽车制造领域的不断发展,超精密加工零件的需求量不断扩大,机械零件、电子器件、光学元件等不断微型化、精密化对超精密加工表面形貌检测技术提出了更高的要求。经过对超精密加工零件表面形貌测量方法的分析与对比,本课题采用了基于白光扫描干涉测量原理的高精度测量方法。通过对被测表面进行白光扫描测量,记录被测表面各点不同光程差位置的干涉信号,利用白光干涉信号峰值提取算法分别获取各点干涉信号的零光程差位置,进而得到被测表面各点的高度信息。
　　本论文对白光扫描干涉测量方法与系统进行了深入的研究,以实现超精密加工表面的高精度测量。研究工作主要包括以下几个方面:
　　1、根据白光干涉的特性和原理,深入分析了不同类型的白光扫描干涉信号处理算法,通过对各类算法的分析和对比,提出了相移法与Morlet小波变换相结合的改进算法,并进行了验证,证实了改进的算法更适合实际测量实验。
　　2、设计了白光扫描干涉测量系统,主要包括扫描方式、干涉显微镜、微位移器、光学成像系统、白光光源、图像采集装置的设计。
　　3、进行了白光扫描干涉测量过程分析,完成了系统软件的设计,实现了测量过程的自动控制。
　　4、利用白光扫描干涉测量系统进行了重复性测量实验,得到了测量系统的重复性测量精度。
　　5、进行了量块和双曲面的白光垂直扫描干涉测量,验证了测量系统的准确性,分析了测量系统中存在的误差,提出了相应的补偿方法。

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第一章 绪论

1.1课题的研究目的和意义

1.2国内外超精密加工表面测量方法的研究

1.3课题的来源和研究现状

1.4本文的主要研究内容及各章安排

第二章 白光干涉信号峰值提取算法的研究

2.1白光干涉特性

2.2白光干涉原理

2.3白光干涉信号峰值提取算法

2.4算法分析比较

2.5改进的白光干涉信号峰值提取算法

2.6本章小结

第三章 白光扫描干涉测量系统的设计

3.1白光干涉扫描方式

3.2干涉显微镜

3.3微位移器

3.4光学成像系统

3.5白光光源

3.6图像采集装置CCD

3.7本章小结

第四章 白光扫描干涉测量系统分析

4.1测量系统整体结构

4.2干涉系统的分辨率

4.3系统测量范围

4.4系统软件设计

4.5系统重复性测量精度分析

4.6本章小结

第五章 表面形貌测量实验与测量误差分析

5.1表面形貌测量实验

5.2白光扫描干涉测量系统误差分析

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢