多波长加权回归准确计算F-P标准具的间隔

漫射单色光经F-P标准具产生一组干涉圆环,对环直径平方与干涉级次的经典一阶方程加上二阶修正项,从修正后的准直线方程能够确定圆环中心干涉级次的小数部分。实验采用波长相近的两条汞黄线、氦黄线和氖黄线作为光源,同时获得经F-P标准具的四组干涉圆环。对圆环的点位坐标数据作圆回归求得直径值及其标准差,进而用新的准直线模型作加权回归求得各波长的小数干涉级次,评定其扩展不确定度。将3个波长(两条贡黄线,一条氦黄线)的测量结果用于小数重合法计算,从厚度粗测值选定间隔数值计算的取值范围,步距小于0.01 nm,求得间隔d=1 655.331 67±0.000 45μm,相对误差限约为3×10-7。再用第4个氖波长作检验,由d求出的干涉级次与实测值的相对偏差为1.9×10-7,显著小于干涉级次测量值的相对不确定度7.4×10-7。

实用双纵模激光精密测距仪

分析了无导轨大尺寸测量技术的现状 ,指出采用He -Ne激光器进行多波长干涉小数重合法测量大尺寸能较为有效地解决无导轨大尺寸测量问题 ,在分析了现有的两种He -Ne激光多波长干涉无导轨大尺寸测量技术的特点的基础上 ,介绍了一种稳频系统简单可靠 ,频率及频差稳定 (在工业现场环境 ) ,合成波长合适 ,测量过程简捷的双纵模激光精密测距仪 ,它完全满足对大尺寸工件进行测量的精度及环境的适用性的要求 ,其在 5 0m测量范围内精度可达± (5 0 + 1.5× 10 -6L ) μm 。

补偿大气折射率的多波长干涉绝对距离测量

在绝对距离测量中,由于大气扰动造成的测量路径上折射率分布不均匀对干涉测量有很大的影响,针对这一问题,本文提出了一种补偿大气折射率的多波长干涉测量绝对距离的方法。该方法基于小数重合法的基本原理,在测量过程中不需要对大气参数进行实时监测,而是通过A系数所给出的各波长折射率之间的关系解算距离。文中结合小数重合法的基本原理给出了理论推导与分析,并采用594.1nm、611.9nm、632.8nm三种波长在计算机上进行了数值仿真实验,得到了该算法的小数级次测量精度与非模糊距离(UMR)的匹配关系。

回归分析在F-P标准具测量实验中的应用

以测量法布里-珀罗标准具间隔实验中小数序的计算为例,分别建立一元线性回归模型Di2=b0+b1i、二元线性回归模型Di2=b0+b1i+b2i2、加权回归模型及近似直线回归模型Di2=b0+b1i*,采用最小二乘法数据处理过程,分析其应用条件和优缺点,得出近似直线回归方法可以在物理实验处理中广泛应用。

0.6328μmHe-Ne激光器小数重合法大尺寸绝对距离测量方法的研究

本文介绍了以小数重合法为基础的大尺寸绝对距离干涉测长的原理,并着重分析了两种测量方法:外差法和拍波法。

光纤马赫-曾德尔干涉仪干涉长度的精确测量

第一次将小数重合法应用于非真空的长度测量中;通过对于涉仪温度系数的测量,结合单模光纤的色散特性,采用逐步近似的办法,提高了测量精度。在实验中得到了绝对误差小于0．1 μm的测量结果,为光纤干涉仪在精密测量方面的应用提供了理论基础。

阶跃型边界平面干涉测量技术

为完成复杂平面样板的测量,提出了一种循环单纯形边缘特征提取及种子填充的数字图像处理技术,解决了复杂平面样板相位复原的问题;应用波长合成技术和小数重合法在相位偏移干涉系统中实现了阶跃型边界平面样板的干涉级次整数部分及小数的测量。在实验中对两种阶跃型平面样板测量的重复性达到了10nm,将其测量结果和三维纳米测量机的测量结果进行了比较,两种仪器测量数据最大偏差8 nm。分析了实验数据的可靠性以及两种测量仪器的优缺点,为复杂平面样板的测量提供了一种新的思路。

一种新的二元条码设计与绝对式光电位置编码方法

提出一种新的二元条码设计方法,可用于绝对式光电位置编码。传统的光电编码器主要基于莫尔光栅条纹技术,把位移量变为电脉冲,结构简单,但由于增量式相对测量方式,从而使得光电编码器的应用受到了限制。本文提出的二元条码设计方法,在单码道上设计了包含三种频率信息的光栅,采用二元脉冲编码调制和误差扩散的方法形成二元条码标尺。在光电位置编码器中,标尺上某一段的条码就成像在线阵CCD上。对CCD获取的该段条码信息进行傅里叶变换,滤波和逆傅里叶变换,得到三种频率光栅的相位信息,采用小数重合法得到该段条码的绝对相位分布,从而得到绝对位置信息。新的方法保留了单码道光栅莫尔技术结构简单的优点,同时又能像多码道光栅编码器一样实现绝对位置测量。文中给出了编码方法的详细描述,条码信息处理方法,计算机仿真实验结果,最后给出了绝对式光电位置测量的实验结果。本文提出的方法在绝对式光电位置编码器和数字水准仪等领域具有一定的应用前景。

面阵像元细分用于法布里珀罗标准具间隔测量

法布里珀罗(F-P)标准具间隔d的高准确度测量对干涉测量结果具有非常重要的影响。论文基于F-P干涉成像图片信息,结合峰位坐标局域细分原理和圆方程回归,尤其应用了一种新型的虚拟面阵像元细分和信号平滑化技术,准确地求出干涉图像各同心圆环直径Di,实现干涉级次整数部分k0和小数部分ε的准确计算,完成F-P间隔d的三波长小数重合法测定。实验对比分析了细分和非细分方式对测量结果的影响,测得细分方式下的d=(2 009.961 91±0.000 06)μm,d的不确定度粗估值(Uε/k0)=9.8×10-7。实验验证了像元细分方法的有效性,为提高间隔d的测量准确度提供了有效的途径和方法。

F-P标准具特性研究及高准确度波长测定仪的研制

漫射单色光经F-P标准具产生一组干涉圆环,利用小数重合法来求解圆环中心干涉级次的小数部分.实验采用一条氦线、一条氖线和几条波长相近的汞线作光源,同时获得经F-P标准具的多波长干涉圆环.对圆环的点位坐标数据作圆回归求直径值及其标准差,进而用新的准直线模型作加权回归求得各波长的小数干涉级次,评定其扩展不确定度.由三个波长的测量结果用小数重合法计算,求得间隔d±Δd=(3 096 977.97±1.76)nm.

非线性小数重合法及其在轮廓测量中的应用

叠相还原的困难是光栅投影式轮廓测量技术中影响可靠性和阻碍自动化测量的最大问题。本文提出了一种新型的时域叠相还原算法 非线性小数重合法， 这种新方法可以将可靠测量范围扩大数十倍， 而不失测量精度。文中详细论述了非线性小数重合法的原理， 并给出了复杂轮廓的可靠测量的实验结果。

基于改进的非线性小数重合法的轮廓测量

为实现复杂物体形状的可靠测量 ,提出基于相位 -高度关系的非线性小数重合法原理。用独立于任何实际应用的一般形式给出了该算法的数学表述 ,并以此为基础设计了一套双频光栅投影轮廓测量系统。对标定结果的分析表明该系统在 75 .6 0 m m的高度测量范围内测量不确定度小于70μm。与基于相位 -坐标关系的非线性小数重合法相比 ,该算法的数学表述更加明晰 ,应用也更加方便。该技术可用来实现实用、可靠。

双波长剩余小数法标定光学劈尖厚度及其约束条件研究

本文提出了利用双波长标定光学劈尖厚度的剩余小数法,详细研究了该方法所应满足的约束条件,并给出了实验结果。

倾斜波面干涉仪中光纤阵列型点源发生器的光程误差标定方法

分析了光纤阵列型点源发生器相对于透镜阵列型点源发生器的优势。针对光纤阵列型点源发生器各光纤出射光束之间存在初始光程差的问题,提出了基于马赫-曾德尔全光纤干涉仪和小数重合法的光程差检测方法。测量各光束间的光程差并将其引入到倾斜波面干涉系统的误差模型中,以消除其对被测件面形偏差解算的影响。结果表明,该检测系统的测量不确定度为0.07λ_3(λ_3=632.8nm)。分别使用基于光纤阵列的倾斜波面干涉系统和ZYGO干涉仪对抛物面镜片进行测量,二者获得的面形偏差结果一致。

反射相移在Fabry-Perot标准具间距测量中的影响

基于光学薄膜理论,采用光学特征矩阵法推导了空气隙Fabry-Perot(F-P)标准具高反射膜反射相移与入射角的数学模型,并用TFCalc膜系设计软件仿真分析了入射角范围在0°~3°时反射相移的变化,对数学模型进行了验证。结果表明,反射相移与入射角呈指数递增,入射角度在3°时反射相移为2.88×10^(-3)rad。实验搭建了F-P干涉成像光路,测得F-P标准具间距为(2015.50919±0.00002)μm,相对误差限约为8.6×10^(-9);与未考虑反射相移的测量结果[间距为(2015.50864±0.00082)μm,相对误差限约为9×10^(-7)]相比,测量准确度有了明显改善。