共焦扫描离散曲面轮廓提取算法研究及软件实现

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1、硕士学位论文共焦扫描离散曲面轮廓提取算法研究及软件实现PROFILEEXTRACTIONALGORITHMRESEARCHESANDSOFTWAREIMPLEMENTATIONOFDISCRETECURVESURFACEBASEDONCONFOCALSCANNING谷康哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TH741学校代码：10213国际图书分类号：681.7密级：公开工学硕士学位论文共焦扫描离散曲面轮廓提取算法研究及软件实现硕士研究生：谷康导师：刘俭教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月授予

2、学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH741.8U.D.C:681.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPROFILEEXTRACTIONALGORITHMRESEARCHESANDSOFTWAREIMPLEMENTATIONOFDISCRETECURVESURFACEBASEDONCONFOCALSCANNINGCandidate：GuKangSupervisor：Prof.LiuJianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpe

3、cialty：InstrumentationEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofOralExamination：June,2015University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要为了满足现代光学系统越来越高的要求，光学元件的结构设计越来越丰富、面形精度越来越高，因此对光学元件的表面轮廓检测提出了更大的挑战。非球面基底衍射光学元件的出现及应用能够减小光学系统体积和重量，同时能够很好地校正像差，

4、实现复杂光学系统的小型化、紧凑化，因此越来越被精密光学领域所重视，被应用于先进武器装备、天文观测、空间侦查等系统当中。非球面基底衍射光学元件的轮廓特点是口径大、表面不连续、宏观尺寸上叠加微观结构。能否实现对其进行高精度的测量，决定了该类元件是否可以进行大规模加工以及广泛使用，因对此类型光学元件进行高精度的大行程轮廓测量需求愈发迫切。本课题―共焦扫描离散曲面轮廓提取算法研究及软件实现‖，利用共焦扫描原理实现了对非球面基底衍射元件母线的二维轮廓测量和轮廓提取，重点研究了共焦扫描曲面基底台阶边缘判读方法以及曲面基底台阶高度计算方法，并编写了基于LabVIEW平台

5、的测量软件。完成的主要内容如下：(1)分析了非球面基底衍射元件母线轮廓的特点，并展开了共焦扫描曲面基底台阶边缘判据以及台阶高度计算方法的研究，提出了利用最大光强值判断台阶边缘位置以及用多项式回归计算台阶高度的方法；(2)进行了共焦扫描轮廓测量仪器的整体设计，设计了共焦扫描原理光路，完成了运动系统的方案设计及控制反馈系统与数据采集系统的硬件选型；(3)进行了基于LabVIEW平台的系统软件编写工作，软件实现了非球面基底衍射元件测量、连续表面元件测量以及共焦三维成像扫描的功能；(4)进行了共焦扫描的单点测量能力和单点测量的重复性实验，该实验首先验证了三维共焦扫

6、描测量的能力；其次验证了曲面基底台阶高度计算算法的准确性，与Taylor–Hobson测量结果进行对比，结果表明台阶高度计算结果差值不超过50nm；最后验证了系统对红外非球面基底衍射元件以及非球面元件进行加工补偿的能力，结果表明通过本系统测量数据进行补偿能够使元件的最终加工表面轮廓误差PV值达到700nm以下。关键词：共焦扫描；离散曲面；轮廓提取；测量软件-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInordertomeetincreasingrequirementsofmodernopticalsystem,thestructuredesigno

7、fopticalelementbecomesricherandricher,andthesurfaceshapeaccuracyishigherandhigher,sothatabiggerchallengeisproposedtothesurfacecontourdetectionoftheopticalelement.Theemergenceandapplicationofasphericalbasaldiffractionopticalelementscanreducevolumeandweightofopticalsystems.Atthesame

8、time,itcaneffectivelycorrectaberr