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基于小数重合法自动测量高等级量块技术研究

作　者: 胡超
导　师: 王青
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 量块柯氏干涉仪干涉测量小数重合法条纹法二维FFT法虚光栅移相
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

量块检测过程中,高于二等和K级的量块工作长度就必须借助绝对测量。利用条纹法、二维FFT法和莫尔条纹法可以准确得到干涉条纹小数部分。“小数重合法”采用多种不同波长激光光源,在有限的视场内,读取干涉条纹小数部分,按照小数部分重合方式得到量块工作长度干涉条纹整数N。最后通过环境参数(空气温度,量块表面温度,大气压力以及绝对湿度)修正计算,得到标准状态下量块的工作长度。本文以数字图像处理和干涉测量为基础,理论仿真整个测量过程,验证了条纹法和二维FFT算法精度。条纹法中,利用图像处理技术和频域FFT法处理干涉图,去除噪声,细化干涉条纹,并自动读出量块工作长度干涉条纹小数。二维FFT法中,利用Criminisi算法延拓干涉图,创新性利用质心法、区域逼近法自动判断+1频谱中心位置,位置精度达到亚像素级别。最后,编写PTU300和1560堆栈式测温仪自动测量程序,使得测量过程更自动化、智能化。最后,大量实验数据表明,算法可以准确计算出量块中心条纹干涉条纹小数部分。量块工作长度度的重复性和测量不确定度满足二等量块的要求,从而达到方便、准确的量块检定要求,提高测量过程效率。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-14
  1.1 课题的研究背景  7
  1.2 量块的准确度等级  7-8
  1.3 量块测试方法及发展  8-12
    1.3.1 绝对测量  8-11
    1.3.2 相对测量  11-12
    1.3.3 国外量块测试技术发展  12
  1.4 本论文主要研究工作  12-14
2 量块长度的绝对测量系统  14-27
  2.1 光波干涉测量方法  14-17
    2.1.1 迈克尔逊结构的柯氏干涉仪  14-15
    2.1.2 单波长的小数部分测试  15
    2.1.3 多波长的小数重合法  15-17
  2.2 柯氏光波干涉仪的光机改进  17-19
    2.2.1 高稳频激光光源及其光隔离  18
    2.2.2 数字CCD采集光路  18-19
  2.3 量块测试环境因素的测量与修正  19-24
    2.3.1 环境参数的测试需求与对测量结果的修正  19-21
    2.3.2 温度测试仪器及其接口编程  21-22
    2.3.3 湿度、大气压测试仪器及其接口编程  22-24
  2.4 测试软件  24-26
    2.4.1 测试界面  24-25
    2.4.2 测试软件报表  25-26
  2.5 本章小结  26-27
3 小数部分自动化测试  27-38
  3.1 静态干涉图处理  27-33
    3.1.1 条纹法  27-30
    3.1.2 单帧二维FFT法  30-33
  3.2 动态干涉图处理  33-36
    3.2.1 虚光栅移相莫尔条纹法  33-35
    3.2.2 虚光栅移相莫尔条纹法范例  35-36
  3.3 本章小结  36-38
4 核心算法及其仿真  38-61
  4.1 条纹法干涉图处理关键技术  38-43
    4.1.1 干涉图像的预处理及截止频率的确定  38-39
    4.1.2 常见的低通滤波器  39-41
    4.1.3 干涉条纹细化  41-42
    4.1.4 细化后干涉条纹的二次曲线拟合  42-43
  4.2 单帧二维FFT处理关键技术  43-55
    4.2.1 处理流程简介  44-45
    4.2.2 干涉图的区域延拓  45-49
    4.2.3 滤波器的设计与选择  49-53
    4.2.4 量块和平晶区域波面统一  53-55
  4.3 软件系统框图  55-59
  4.4 仿真实验结果和数据分析  59
  4.5 本章小结  59-61
5 实验及数据分析  61-67
  5.1 算法实验研究  61-66
    5.1.1 条纹法实验过程及数据  61-64
    5.1.2 二维FFT实验过程及数据  64-65
    5.1.3 两种算法比较  65-66
  5.2 环境参数的测量及其修正值的计算  66
  5.3 本章小结  66-67
6 总结和展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71

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