高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测方法

为了实现应用于高能激光等领域对表面洁净度有着极高要求的超光滑非球面检测,排除检测人员带来的洁净度与空气扰动的影响,研究了高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测方法。通过建立补偿干涉法非球面失调量与波前像差之间的灵敏度矩阵,实现利用波前像差求解被测非球面失调量。以理想干涉系统的离焦、彗差与像散为优化目标,进行反馈控制,实现被测非球面的自动化调整,进而实现高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。实验结果表明,在干涉图可测范围内,利用灵敏度矩阵通过几步迭代即可实现非球面失调量的收敛。结合Stewart六自由度调整台,分别实现2μm精度的平移误差调整、2"精度的光轴自动化对准,最终完成被测非球面的精密调整,实现高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。采用灵敏度矩阵与六自由度调整的非球面自动化干涉检测方法可实现被测非球面失调量的快速求解与自动调整,降低人员和环境带来的扰动影响,提高了非球面的检测速度,并实现了高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。

凹非球面的非零位干涉检测技术

为了实现凹非球面的快速、高精度与通用化检测,文中提出了一种将非球面当做球面,直接采用干涉仪检测的非零位干涉检测方法,并结合相应的数据处理方法,获得非球面的面形误差检测结果。首先,介绍了该方法的检测原理,建立了回程误差、调整误差的计算与去除模型,研究了面形误差的数据处理方法。然后,以两个不同非球面度的凹非球面为例,对其回程误差和调整误差进行了仿真计算,验证了该方法的有效性。最后,搭建了凹非球面的非零位检测实验装置,成功测量得到其面形误差。通过与自准直零位检测法或LUPHOScan轮廓测量法检测结果对比发现,两种方法测量得到的面形分布和评价指标具有高度一致性,验证了该检测方法的正确性。该检测方法在保证高精度测量的同时兼备一定的通用性与便捷性,为凹非球面的通用化检测提供了一种有效手段。

基于反射式空间光调制器的非球面面形干涉检测方法设计

目前光学系统中非球面数量多,针对各个非球面单独做补偿器检测面形加工成本高、通用性不好、加工难度大,为解决对多个参数不同的非球面需要不同的补偿器的问题,提出了一种基于空间光调制器(spatial light modulator,SLM)作为补偿器的干涉面形检测方法,该干涉检测法采用反射式空间光调制器作为零位补偿器,结合偏振分光镜和波片建立检测光路,可以实现对非球面面形误差的测量。通过在ZEMAX上模拟一个两表面皆为凹非球面的场镜的检测光路,对该干涉检测方法进行了验证,并在MATLAB中仿真分析了SLM的波前调制误差。仿真结果表明,该方法可以实现对不同非球面面形的检测,设计光路中的波前调制精度可达0.0083λ。

运动干涉检测的优化算法

对做复杂运动的几何对象进行运动干涉检测通常计算量很大，它引起两个问题：①检测次数多，效率低；②由于误差的积累导致算法可靠性不高。本文以解决这两个问题为目的，提出了利用最大相对速度和距离变量确定时间间隔的运动干涉检测算法，并在此基础上引入模糊逻辑来控制时间裕度，使时间间隔适当增大，从而让这一算法无论在效率还是在可靠性方面都有了提高。并利用算例证明了该算法的稳定性和有效性。

碰撞检测与干涉检测方法研究

碰撞干涉检测是ＣＡＤ／ＣＡＭ和机器人学领域的一个重要方面。本文综述了有关碰撞干涉检测方面的工作，包括各种碰撞检测方法的复杂性、静态和动态检测方法、与时间相关的测试算法，详细讨论了几何与运动方面的复杂性、算法的效率和可靠性，并简要介绍了几种算法。

超高精度面形干涉检测技术进展

深紫外、极紫外光刻、先进光源等现代光学工程牵引驱动超精密光学技术持续发展,超精密光学制造要求与之精度相匹配的超高精度检测技术。作为核心技术指标之一的面形精度通常要求达到纳米、深亚纳米甚至几十皮米量级,超高精度面形干涉检测技术挑战技术极限,具有重要研究意义和应用价值。本文分析了面形干涉检测技术发展趋势,主要介绍了中国科学院光电技术研究所近年来在超高精度面形干涉检测技术相关研究进展。

精磨光学元件面形的干涉检测技术研究

为解决传统接触式检测方法检测精磨光学元件效率低,精度差的问题,提出了一种采用干涉检测技术对精磨光学元件面形进行测量方法,该方法具有非接触,测量效率高,误差小的特点。干涉检测中干涉条纹的对比度与工作波长成正比,与表面粗糙度成反比,干涉条纹对比度直接影响最终的检测结果。因此首先分析干涉条纹对比度与精磨表面粗糙度之间的关系,证明采用可见光干涉仪对精磨粗糙表面进行检测的可行性,并对利用GPI型数字干涉仪检测精磨粗糙表面进行了实验验证,检测面形结果约为PV 1.5μm,并与红外干涉仪以及接触式轮廓仪测量结果进行了对比,验证结果有效性。最后给出了当粗糙度阈值Rq优于150 nm时,可采用该方法进行检测,具有较高的实用价值。

基于包围盒十字相交的装配干涉检测方法

鉴于现有装配干涉检测方法仅限于利用包围盒排除不干涉的对象,提出轴向包围盒和方向包围盒的十字相交判断方法,使得基于包围盒即可检测出零件在平移过程中产生的硬干涉关系,从而有效缩短检测时间。利用基于扩展结构的层次包围盒逐渐逼近且紧密包覆几何模型、排除不可能干涉的零件并进行包围盒十字相交判断,可大幅度减少干涉检测的运算量并提高算法效率。基于包围盒十字相交判断与层次包围盒,提出面向零件平移的装配干涉检测算法和流程。在AeroAssem装配设计系统中实现了该方法,通过在装配干涉矩阵生成中的实例验证分析,说明所提方法是有效的和精确的,可广泛应用于装配规划与仿真等设计任务中。

CCD对高空间分辨率波前干涉检测的影响

推导并用实验验证了光强与入射波前在单位像元面积里成近似线性关系,从而得到入射波前经CCD采样后的功率谱密度(PSD)公式·根据该公式,模拟分析了影响CCD采集系统的系统传递函数的各个因素:入射波前、CCD的填充因子及CCD的曝光时间,得出了他们与系统传递函数的定性关系,并且通过实验明确CCD曝光时间对高空间分辨率波前检测不确定度的影响,为高空间分辨率干涉设计提供了理论依据·

虚拟装配中基于相对于位置的碰撞干涉检测

对基于虚拟装配的碰撞检测和碰撞干涉问题进行了描述,提出了碰撞干涉检测的相对位置法。实验表明,该方法能够很好地满足虚拟装配系统的实时性和交互性要求。

Stewart并联机构连杆干涉检测算法

提出了一种简便并较为完善的Stewart并联机构连杆干涉检测算法。算法首先利用连杆"公垂线"长度与连杆直径的关系对相邻连杆进行快速干涉检测,然后,对相邻连杆的最小距离进行细化分析,通过不同计算过程对连杆的干涉情况进行准确判定。干涉检测算法尽量延缓交点坐标的计算,从而达到减少计算量的目的。

基于模板的大部件对合插配干涉检测方法

为了定量分析大型部件对合插配时的干涉情况,提出一种基于模板的大型部件对合插配干涉检测方法。根据插入特征与配合特征(统称插配特征)的CAD模型定制模板,匹配模板与扫描数据,匹配后的模板作为重构模型参与干涉分析。将插入特征离散为一系列垂直于装配方向的平行截面,计算每一截面在运动过程中与配合特征的渗透深度、间隙以及干涉分界线,综合所有截面的干涉情况构成插配特征的干涉情况。该方法将三维求交测试问题简化为二维问题来处理,不仅能够定量计算装配件的渗透深度、间隙,而且能够给出装配件的干涉分布情况,据此定量指导后续的装配处理。运行实例通过一对插配特征的模拟干涉检测分析,给出包括最大干涉量和干涉分布的干涉结果,验证了提出的干涉检测方法的可行性。

三维微结构显微干涉检测方法

三维微结构在光陷阱、隐身与光场调控、超高压密封、人工生物材料等领域具有重要的应用价值。三维微结构的加工制造方法,包括激光直写、光刻、电子与化学蚀刻等先进制造方法发展迅速,其检测仪器有扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、激光共焦显微镜、低相干干涉显微镜,但这些检测仪器一直受到西方发达国家垄断。阐述国内在低相干干涉显微测量方法方面的研究进展,包括干涉显微镜的光学设计方法、装校流程、宽谱低相干干涉图处理与微结构形貌复原方法,并给出了不确定度评定结果。结果表明:仪器三维形貌合成不确定度为0.9 nm,最大微结构轴向分辨率为0.13 nm。

干涉检测算法的检测速度与精度的系统分析

在实时运动干涉检测系统中,干涉检测的效率与精度是问题的关键。文章对影响干涉检测准确度、检测速度以及分阶段干涉检测效果的因素进行了分析,提出了影响基本干涉检测费用的各种因素,并对各因素的复杂性进行了参数化定义,同时从干涉检测的效用、确定性等方面对检测效果进行了估计。在以上基础上提出了基于模糊逻辑的运动抽象精度的匹配方法,实现了对各种干涉检测效率与精度的合理搭配与调节。经验证,该文算法较等误差法效率高出10倍以上。

基于模型表示精度的装配干涉检测方法

为了提高装配规划和仿真过程中干涉检测结果的精度,基于模型表示精度定义干涉误差,提出基于模型表示精度的三角面片二维和三维求交方法,计算相交面片之间的干涉量,修正干涉量在误差范围内的面片关系,从而消除伪干涉。给出了改进的装配干涉检测算法和流程,根据检测对象的运动轨迹分别采用投影检测方法与多次检测方法,以在保证精度的同时达到高效率。该算法适用于任何形状和类型的曲面模型,且不需要几何拓扑结构与装配约束信息,具有广泛的应用性。在AeroAssem系统中实现了该方法,分别在几何可拆卸性分析与装配仿真中进行实例验证,证明了该方法的有效性和精确性。

光学自由曲面自适应干涉检测研究新进展

光学自由曲面因其表面自由度较多而难于进行检测。干涉检测法具有高精度非接触的特点,但传统干涉仪中的静态补偿器在自由曲面加工过程中未知面形不断变化的情况下,难以实现原位检测。因此,可编程控制的大动态范围自适应补偿器成为近年来自由曲面干涉检测中的研究热点。结合课题组在自由曲面自适应干涉检测领域的工作,介绍了光学自由曲面自适应干涉检测的最新研究进展,详细分析了基于可变形镜和空间光调制器的自适应干涉检测技术,介绍了针对干涉图目标的自适应控制算法,总结了两大类自适应检测方法的优点以及发展瓶颈,并对未来自由曲面的自适应检测技术进行了展望。

用端铣刀数控加工自由曲面的刀具干涉检测

针对用端铣刀在自由曲面上进行3轴数控加工,提出了一种系统的刀具干涉检测方法.加工自由曲面时,刀具干涉可能出现在包括刀具驱动面在内的刀具周围任何区域.提出用检测线代替检测面来寻找加工自由曲面时可能出现刀具干涉的方法,可极大地加快检测过程,改善加工精度和可靠性,而且有利于产品的几何设计和指导影响加工效率的刀具选择.研究表明,所提的方法和算法合理有效.

带角圆柱铣刀对自由曲面3轴NC加工的刀具干涉检测

对自由曲面用带角圆柱铣刀3轴NC加工提出了系统的刀具干涉检测方法。加工自由曲面时,刀具干涉可以出现在包括刀具驱动面的刀具周围的任何地方。本文提出先检测自由曲面上可能产生刀具干涉的区域,然后再生成刀具路径,这样不但可极大地简化安排刀具路径的过程,改善加工的精度和可靠性,而且有利于产品的几何设计和影响加工效率的刀具选择。研究表明所提方法和算法是合理有效的。

基于实测数据的翼身交点接头干涉检测方法

针对飞机翼身对接过程中,叉耳式交点接头因装配变形而发生干涉的问题,提出基于关键点距离检测的装配干涉判断方法.根据对接前叉耳接头上的现场实测数据,计算接头在装配坐标系下的位姿并建立耳型接头和叉型接头的坐标变换关系,通过投影方法计算并归纳出接头的距离极值点,求出叉耳接头间最小距离.综合考察各个叉耳接头处的最小距离,判断干涉情况,提出在多种叉耳接头布局方式下的机翼位姿调整方案.该方法将三维距离问题转化为有限个点的检测问题,能够快速实现在任意机翼位姿下的翼身对接干涉检测和机翼位姿修正.仿真验证结果表明该方法的有效性.

多面体干涉检测中的接触状态判定法

目的针对已有的干涉检测算法多采用在离散的时间点上进行求交的方法,效率和可靠性低,并且不太容易解决物体刚好接触等问题,提出通过接触判断进行多面体干涉检测的方法。方法在对接触状态进行分析的基础上提出了基于四元组运动表示的物体接触状态判定算法。结果该算法的干涉检测时间是连续的,能够避免由于时间划分误差产生的判断遗漏。结论在检测到几何对象的接触后,采用静态包容性测试,大大提高了算法效率,而且由于避开了非线性问题,可靠性也大大提高。对简单运动或几何问题,具有很高的效率和可靠性。