A high precision profilometer based on vertical scanning microscopic interferometry

A profilometer used for 3 dimension measurement of micro-surface topography is presented. The instrument is based on the vertical scanning microscopic interferometry （VSMI）. A Linnik type interference microscope is used and the interferograms which present changes of surface profile are recorded with a CCD camera. A developed nano-positioning work stage with an integrated optical grating displacement measuring system realizes the precise vertical scanning motion during profile measurement. By a white-light phase shifting algorithm of arbitrary step, frames of interferograms are processed by a computer to rebuild and evaluate the measured profile. Because of the specialty of VSMI, the profilometer is suitable for both smooth and rough surface measurement. It can also be used to measure curved surfaces, dimension of micro electro mechanical systems （MEMS）, etc. The vertical resolution of the profilometer is 0.5 nm, and lateral resolution 0.5 μm.

加工45钢下切削力对表面质量的影响

在机械制造中,切削力对加工质量有较大影响,不规则的切削力会加剧刀具磨损、降低表面光洁度。为了延长刀具寿命、提高零件的表面质量,进行45号钢切削实验研究。在加工过程中采用切削力分析仪进行数据采集,通过三维轮廓仪进行零件表面质量检测,对二者的相互关联进行对比分析,得出合理的车削力与表面质量的关联性。

小型非球面轮廓测量仪的原理及应用

介绍了自行研制的FLY I非球面轮廓仪的设计以及测量软件数学模型,其实用精度为1～2μm。光学元件的抛光精度取决于精磨精度,本实验室现有的LOH高精度铣磨机床经过对第1次精磨后的光学元件面形进行修正,2次精磨后其精磨精度可达到2μm。研究了这一非球面轮廓仪以配合LOH铣磨机床,测量得到1次精磨后的面形误差数据,经过误差反馈进行2次精磨,以保证光学元件的精磨精度。通过多次实验以及数据处理、分析,证明自行设计、装调的非球面轮廓仪达到了设计的精度要求,可满足实验室,光学加工车间对小型非球面精磨阶段面形的检测要求,即精磨面形误差在2μm以内,同时也可直接用于中低精度非球面光学元件的最终检测。

激光干涉微轮廓测量仪

基于Michelson干涉仪测量原理研制的微轮廓测量仪 ,载物平台采用步进电机和压电陶瓷 (PZT)两级闭环驱动与定位 ,步进电机用于快速粗定位和扩大测量范围 ,压电陶瓷用于精密定位 ,重复定位精度为 10nm ;测量光路采用共干涉系统 ,对机械振动 ,温度漂移不敏感 ;测量范围 2 0mm× 2 0mm× 0 .4mm ,纵向分辨率为 0 .32 μm ,横向分辨率为 0 .5 μm。

中小口径非球面元件加工技术的探讨

结合非球面轮廓检验和抛光工艺技术设备的研究 ,探讨了一种规范化的针对中小口径非球面元件的加工方法 ,并具体分析了实现非球面高效率批量化生产的技术途径 ,为中小非球面元件的广泛应用提供了有利的技术支持。

RSP—I型智能岩石表面形貌仪

本文介绍ＲＳＰ—Ｉ型室内测试岩石表面形貌仪．其驱动、测试、数据的记录及处理均由微机实现，且具有较高的精度．同时，介绍了相应的计算机辅助测试（ＣＡＴ）软件，给出了一些节理表面的形貌测试结果．

光学非球面形摆臂式轮廓法测量顶点曲率半径优化算法研究

摆臂式轮廓测量法通过测量非球面与某一球面之间的偏离量实现对非球面形的测量,但无法测量非球面的顶点曲率半径。在开发了测量试验系统的基础上,通过对测量原理的深入研究,利用被测非球面名义面形与测量数据建立了测量参考球面半径非线性最小二乘优化模型,利用该模型,可以在测量非球面形误差的同时获得被测非球面的顶点曲率半径值。同时分析了该模型的理论收敛误差,并在MATLAB下对算法进行了仿真。最后对直径200mm,顶点曲率半径1400mm的凹形抛物面镜进行了测量实验。仿真和测量试验表明了算法的有效性。

在线检测超精细表面微观形貌的激光轮廓仪

介绍一种可用于在线和在位检测的高分辨力激光轮廓仪。此仪器具有很高的共模抑制比和同类型仪器中最小的形状误差。分辨力优于 0 .2 nm( Ra)。

Shack-Hartmann波前传感器检测大口径圆对称非球面反射镜

针对大口径非球面反射镜在研磨阶段后期其面形与理想面形存在较大偏差,且表面粗糙度较大、反射率较低,采用轮廓仪和普通干涉仪检测无法满足测试要求等问题,提出采用动态范围大且精度高的Shack-Hartmann波前传感器来检测大口径非球面反射镜。研究分析了Shack-Hartmann波前传感器检测系统的原理及系统误差并编写了相应的数据处理软件。为了验证该方法的可行性,对已经加工完成的350mm口径旋转对称双曲面面形进行了检测,测量得到的面形误差PV值、RMS值分别为0.388λ、0.043λ(λ=632.8nm);与干涉测量的标准结果进行了对比,得到的面形偏差PV值、RMS值分别为0.014λ和0.001λ。对比结果表明,Shack-Hartmann波前传感器的测量结果正确可靠,从而验证了Shack-Hartmann波前传感器检测大口径非球面反射镜的可行性。

路面平整度检测技术现状与发展

对现有路面平整度检测方法的技术要点作了分析,总结出这些方法存在的问题.详细论述了激光路面平整度检测技术的工作原理、应用现状和发展趋势.

铁路车轮外形曲线数字测量仪的研究

通过对采用二连杆串联机构的便携式车轮外形数字测量仪的研究,发现该测量仪的2个零位角度安装误差将分别导致测量结果的方位和形状误差。为此,笔者提出了一种借助2种姿态测量同一段曲线,使2个结果重合,以辨识2个活动杆夹角零位误差的标定方法,试验结果证明了其有效性。以二连杆机构外形测量仪研究为基础,笔者进一步提出了基于平面五连杆并联机构的测量仪新方案,并建立了测量模型;对角度分辨率导致的测量误差的对比仿真表明,新方案有较高的精度,同时讨论了用偏置角度和增加采样率提高测量准确度的方法。

集料表面纹理测量的试验设计

为定量测量和评定集料表面纹理状况,以进一步研究集料表面纹理对沥青混合料性能的影响,基于反射式光纤传感法设计了激光轮廓仪,并采用该仪器对6种不同集料的表面纹理进行了直接测量。试验中发现由于集料表面颜色不均匀,导致纹理测量结果失真。通过对集料表面进行镀膜处理,使测量结果反映了集料表面纹理的真实情况,最后分别采用算术平均偏差和平均波长定量评价了集料表面纹理的粗糙度。

光学非球面形摆臂式测量不确定度分析

在开发的摆臂式测量试验系统的基础上,对影响系统测量不确定度的各种误差因素进行了分析,建立了测量系统与被测工件之间的相对位姿误差、转台轴向窜动和径向跳动、测量臂的挠性变形以及测头半径之间的影响模型;同时对实际测量过程中的温度、振动等环境误差因素进行了实测。最后对直径200mm、顶点曲率半径1400mm的凹形抛物面镜进行了测量实验。分析与实验表明:测量系统合成标准不确定度小于0.5μm。

基于AFM的靶丸表面轮廓仪设计及其测量精度分析

基于商用原子力显微镜(AFM)建立了靶丸表面轮廓测量仪系统,并对该系统的精密回转轴系进行了结构设计.为了评价系统的测量不确定度,进行了气浮轴系回转精度测试,确定了回转轴系的误差曲线,其最小二乘圆度误差为48nm;同时对安装回转轴系后AFM的测量噪声进行了测试,并通过结构改进使静态噪声幅值降为约10nm.应用这一系统进行了靶丸表面圆周迹线的测量实验,实验测量出该系统运转测量时噪声幅值约13nm,综合测量误差约49.7nm,此测量精度可以通过回转轴系的误差分离来进一步提高.

智能化表面粗糙度检测仪

研究出一种智能化的表面粗糙度检测仪,其纵向分辨率为0.3nm,横向分辨率为1.27μm,测试重复精度为0.5nm。该仪器不仅可以给出待测表面的二维截面图和三维形貌图,还能提供各种纵向、横向以及综合粗糙度评定参数值。本文描述了它的测量原理及设计中的关键技术,并对测量结果作了误差评述。

数字微镜器件的时空特性对相位测量轮廓术的影响

数字微镜器件是一种新型的微电子、微机械、微光学集成器件,可广泛的用于大屏幕投影显示。实际上,数字微镜器件作为一种新型的空间光调制器,在光学信息处理和结构照明型三维传感中也具有广泛的应用前景。介绍了数字微镜器件和数字光处理器的基本原理,分析了数字微镜器件的时间空间特性,用计算机模拟了这种时空特性对相位测量轮廓术的影响。结果表明,数字微镜器件(DMD)可为投影系统在结构照明型光学三维传感中的应用提供指导。

基于粗糙度轮廓仪的圆柱齿轮齿廓形状偏差测量

齿廓形状偏差是齿轮质量的重要指标,反映了加工设备展成运动和刀具形状的精度,常在齿轮测量中心或三坐标测量机进行测量。论文提出了一种在粗糙度轮廓仪上进行齿廓形状偏差测量的新方法。该方法利用粗糙度轮廓仪获取齿轮齿廓测量数据,根据被测齿轮的参数,建立渐开线圆柱齿轮齿廓的理论几何模型;然后利用正交距离齿廓拟合算法实现齿廓测量数据与理论齿廓模型拟合,得到齿廓偏差曲线;最后根据ISO 1328-2013标准进行齿廓形状偏差评定。实验结果表明,所提出的方法得到的齿廓形状偏差结果具有较好的重复性,齿廓形状偏差的评价结果与齿轮测量中心给出的测量报告结果一致,两者齿廓形状偏差计算结果最大差距不超过0.5μm,验证了该方法的有效性。

十字片簧弹性支承测量机构的特性分析与设计

在触针式轮廓测量仪中，性能优良的测量机构是保证触针与被测表面之间“接触测量”的关键部件。本文采用十字片簧弹性支承作为触针的运动支承，并在其特性分析的基础上，进行了参数设计。实验测得：测量力变化率为３５．６Ｎ／ｍ，固有频率达到１９．２Ｈｚ。最后，通过仿真实验得到测量机构运动中回转中心偏移情况。

轮廓仪检测的系统误差分析

从轮廓仪的工作原理出发,分析了影响轮廓仪检测精度的主要系统误差,并以二次旋转非球面为例计算了系统误差对面形检测精度的影响,得出Talysurf轮廓仪在测量时,系统误差对面形误差的影响随顶点曲率的绝对值、口径以及偏心率函数的增大而增大,随定位误差和不重合误差的增大而增大的结论。最后的实验结果证明了该结论的正确性。

数字微镜器件的时空特性对相位测量轮廓术影响的实验研究

数字微镜(DIMD)投影机具有亮度高、对比大、像质好、全数字,系统体积小等特点,将它用在相位测量轮廓术(PMP)中可以实现高精度的相移提高三维测量的精度,同时可以实现系统的小型化。然而,DMD投影机采用数字光处理技术(DLP) ,它对摄像—投影系统的时间匹配要求较高。如果时间不匹配,会引入光强测量误差,导致三维测量精度降低。本文根据DMD投影原理及探测器积分情况,先分析了当测量系统时间不匹配时,光强测量误差与积分时间的关系;通过实验研究了摄像机积分时间与投影周期的匹配关系对相位测量的影响。得出了积分时间为投影周期的整数倍时,相位测量误差最小;当积分时间与投影周期为非整数倍关系时,积分时间越长,测量误差越小的结论。为优化投影参数,选择合适的相移算法及测量数据预处理算法提供了依据。