微表面形貌檢測儀的系統(tǒng)建模和功能擴展研究.pdf

1、本文對微表面形貌檢測儀進行了系統(tǒng)建模和功能擴展的探究。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)進行了光能計算，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)出的照度情況進行了對比。為測量非球面被測物，實現(xiàn)了雙波長測量法功能，分析了該算法及其誤差補償算法的原理。為增加測量深度及粗糙度可測范圍，實現(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、樣板進行了探測試驗，給出不同光源組合的實驗對比。分析了算法誤差來源及改進方法。 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)計并制作了LED的驅(qū)動電路板，為后續(xù)組合光源實驗創(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、光能損失進行了估計、對系統(tǒng)光能進行計算。然后用LightTools對整個光學(xué)系統(tǒng)進行了仿真模擬并進行了光路追跡。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行實驗。通過單波長實驗對雙波長測量法進行了對比，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驗，選擇三步法進行后續(xù)形貌提取。用組合光源照明進行功能實驗。對比實驗驗證了組合光源照明探測效果好于白光