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泰曼—格林型球面镜片在线非接触检验技术研究

作　者: 林健
导　师: 王敏
学　校: 福建师范大学
专　业: 光学
关键词: 球面干涉面形偏差在线检验数字图像处理 Zernike多项式
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前,随着高精度光学零件需求量不断增长,需要与之相适应的光学检测技术保证其质量。因此所在课题组研制出一种无需精密导轨、非接触在线检测的泰曼-格林型干涉系统,适用于光学车间测量光学零件的曲率偏差和面形偏差。本文主要研究适用于课题组研制的干涉仪实验样机的图像采集系统和图像处理系统。论文首先介绍了相关的干涉理论和泰曼格林干涉仪的检测原理,并对实验样机的整个系统设计和测量原理进行详细的描述。接着对图像采集系统和图像处理系统所需的器件进行了结构参数的选型。为了减少主观因素对干涉图像判读的影响,该文利用Matlab软件编写程序实现样机采集的干涉图像的数字化处理。本文详细分析了干涉条纹图像处理的过程,对比每个步骤处理的效果,选取适合于该样机干涉系统的图像处理方法。然后文章介绍了Zernike多项式的理论与计算方法,并对干涉图像进行波面拟合,获取被检光学零件的面形偏差信息PV和RMS。最后对波面拟合的进行评价。通过分析发现,波面拟合的误差较大,拟合精度需要进一步提高。文章最后对研究工作进行了总结,提出了一些今后在图像处理和拟合方面改进的思路及方法。

全文目录

中文摘要  2-3
Abstract  3-4
中文文摘  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 论文产生的背景及意义  10
  1.3 国内外发展状况  10-13
    1.3.1 国内的发展状况  10-12
    1.3.2 国外的发展状况  12-13
  1.4 论文研究的主要内容  13-15
第二章光波的干涉理论和球面镜片检验方法  15-25
  2.1 引言  15
  2.2 光波的干涉概念  15-20
    2.2.1 光干涉基础  15-16
    2.2.2 干涉条纹的衬比度  16
    2.2.3 牛顿环  16-17
    2.2.4 两相干光源的干涉现象  17-20
  2.3 面形偏差的检验  20-23
    2.3.1 面形偏差  20-21
    2.3.2 样板检验法  21-22
    2.3.3 图像处理法  22-23
  2.4 本章小结  23-25
第三章泰曼-格林型干涉仪的系统设计及其应用  25-47
  3.1 引言  25
  3.2 泰曼-格林干涉仪概况  25-26
  3.3 镜面曲率半径偏差AR与光圈数N的关系  26-28
  3.4 牛顿环的计算方法  28-29
  3.5 光圈的计算方法  29-31
  3.6 光圈的识别  31
  3.7 波面面形质量的判断  31-33
  3.8 干涉系统的总体设计  33-38
    3.8.1 Zemax软件模拟实验  33-35
    3.8.2 检验系统的设计  35-38
    3.8.3 系统结构的优势  38
  3.9 实验平台搭建和实验样机采样  38-40
  3.10 干涉条纹的采集系统  40-43
  3.11 图像数字化处理基础  43-44
  3.12 本章小结  44-47
第四章干涉条纹的图像处理与计算拟合  47-67
  4.1 干涉图样的特点  47
  4.2 图像的数字化处理  47-48
  4.3 图像处理步骤  48-58
    4.3.1 输入干涉图像  48-49
    4.3.2 图像的预处理  49-53
    4.3.3 干涉图像的二值化  53-54
    4.3.4 干涉图像的数学形态学处理  54-55
    4.3.5 图像细化  55-58
  4.4 干涉条纹波面的拟合  58-64
    4.4.1 Zernike的理论基础  58-60
    4.4.2 Zernike的计算方法  60
    4.4.3 波面拟合  60-64
  4.5 拟合结论  64-65
  4.6 本章小结  65-67
第五章总结与展望  67-69
  5.1 结论  67-68
  5.2 展望  68-69
附录  69-75
  附录1 Zernike多项式程序代码  69-73
  附录2 Zernike多项式前28项  73-75
参考文献  75-79
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果  79-81
致谢  81-83
个人简历  83-84

泰曼—格林型球面镜片在线非接触检验技术研究

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