微表面形貌檢測儀的系統(tǒng)建模和功能擴(kuò)展研究.pdf

1、本文對微表面形貌檢測儀進(jìn)行了系統(tǒng)建模和功能擴(kuò)展的探究。對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、光學(xué)系統(tǒng)和軟件部分功能作了詳盡的介紹。理論上對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了光能計(jì)算，選擇LightTools軟件對光學(xué)系統(tǒng)完成了建模，通過軟件與理論推導(dǎo)出的照度情況進(jìn)行了對比。為測量非球面被測物，實(shí)現(xiàn)了雙波長測量法功能，分析了該算法及其誤差補(bǔ)償算法的原理。為增加測量深度及粗糙度可測范圍，實(shí)現(xiàn)了白光干涉法，分析其原理。為增加白光零級條紋的可見度，引入組合光源法。對光纖連接器及粗糙度

2、樣板進(jìn)行了探測試驗(yàn)，給出不同光源組合的實(shí)驗(yàn)對比。分析了算法誤差來源及改進(jìn)方法。 論文完成的主要工作 1.闡述了微表面形貌檢測儀的整體結(jié)構(gòu)和光學(xué)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)并制作了LED的驅(qū)動(dòng)電路板，為后續(xù)組合光源實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了條件。給出了為提供更準(zhǔn)確的前置電壓和前置電流而調(diào)節(jié)電路板的過程。介紹了微表面形貌檢測儀軟件部分的功能、結(jié)構(gòu)組成及可測參數(shù)。 2.為在今后的工作中進(jìn)一步改善系統(tǒng)照明，對光學(xué)系統(tǒng)建立了軟件模型。首先從理論上對光學(xué)系統(tǒng)

3、光能損失進(jìn)行了估計(jì)、對系統(tǒng)光能進(jìn)行計(jì)算。然后用LightTools對整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真模擬并進(jìn)行了光路追跡。最后分析了CCD光敏面上的照度情況，與理論推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行了對比。 3.為了使微表面形貌檢測儀能夠測量曲率較大的非球面被測物，在系統(tǒng)中引入了雙波長測量法，分析了其原理及誤差放大原因，給出消除誤差的算法原理。為了增加微表面形貌檢測儀的測量深度，引入了白光相關(guān)峰探測五步法和三步法，分析了其原理。用Visual C++實(shí)現(xiàn)了以上

4、算法。為了增加白光干涉中零級條紋的可見度，引入了組合光源法，給出理論上的最佳波長組合。 4.用雙波長測量法測量光纖連接器端面。分別采用不同波長組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過單波長實(shí)驗(yàn)對雙波長測量法進(jìn)行了對比，給出基于本系統(tǒng)的誤差來源及改善方法。采用白光干涉法測量粗糙度為0.8μm的粗糙度樣板。用白光LED照明做了白光相關(guān)峰探測五步和三步法實(shí)驗(yàn)，選擇三步法進(jìn)行后續(xù)形貌提取。用組合光源照明進(jìn)行功能實(shí)驗(yàn)。對比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了組合光源照明探測效果好于白光