光栅尺测长式激光差动共焦曲率半径测量系统.pdf

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1、光栅尺测长式激光差动共焦曲率半径测量系统徐鹏2015年1月中图分类号：TH741UDC分类号：681.7光栅尺测长式激光差动共焦曲率半径测量系统作者姓名徐鹏学院名称光电学院指导教师周桃庚副教授答辩委员会主席赵维谦教授申请学位工学硕士学科专业仪器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月LaserdifferentialconfocalcurvaturemeasurementsystemwithgratinglengthCandidateName:PengXuSchoolorDepartment:SchoolofOptoelectronics

2、FacultyMentor:Prof.TaogengZhouChair,ThesisCommittee:Prof.WeiqianZhaoDegreeApplied:MasterofScienceMajor:InstrumentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表

3、或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要在现代光学测量领域中，曲率半径是光学透镜最基本的参数之一，其精度将直接影响透镜的焦距等光学参数，而这些参数又在很大程度上影响着光学系统的综合性能。因此，曲率半径需要高精度的检测。目前曲率半径的高精度非接触测量方法包括球面干涉法、自准直法和单模光纤自准直法等，其中，基于猫眼-共焦定焦的球面干涉法是目前最常用的曲率半径高精度非接触测量方法，

4、该方法是通过对零干涉条纹的判读来确定猫眼和共焦位置。由于衍射效应的存在，光不能被聚焦于一点，限制了定焦精度，同时由于空气的扰动，对干涉条纹的稳定性产生很大的影响，曲率半径的高精度现场测量难以保证。为了增强高精度曲率半径测量仪器的抗环境干扰能力，降低曲率半径测量系统研制成本，满足现场使用需求，本文研制了基于光栅尺测长的激光差动共焦曲率半径测量系统。论文的主要研究工作包括：1)以差动共焦曲率半径测量原理为基础，研究了光栅尺测长式激光差动共焦曲率半径测量方法；2)根据激光差动共焦曲率半径测量原理，完成了总体系统的光路设计、重要组件选取及软件设计，以系统的总体光路设计

5、为基础，进行了系统的结构设计，机械结构设计主要内容包括：差动共焦系统主机光机结构设计，直线气浮导轨、五维调整架、电动平移台以及光栅尺测长系统安装结构设计；3)搭建了光栅尺测长式激光差动共焦曲率半径测量整体系统，设计光栅尺测长系统，编写了测长标定程序，并完成光栅尺测长的标定；分别完成了钢球、标准透镜的曲率半径测量实验设计和抗环境干扰能力实验设计并给出了实验结果；4)对得到的结果进行误差分析，并给出改进的措施。－6实验表明，该系统相对测量精度优于10×10，满足高精度曲率半径测量的精度需求。关键词：差动共焦；曲率半径测量；非接触测量；光栅尺I北京理工大学硕士学位论

6、文AbstractInthefieldofmodernopticalmeasurement,theradiusofcurvatureisabasicparameteroftheopticallens,whichwilldirectlyaffectstheaccuracyofthelen’sfocallengthandotheropticalparameters,andtheseparametershavegreatinfluenceonoverallperformanceoftheopticalsystem.Thereforetheradiusofcurvat

7、urerequiresprecisiontest.However,thecurrenthighprecisionnon-contactmeasurementoftheradiusofcurvatureincludesthesphericalinterferometrymethods,auto-collimationandsinglemodefiberauto-collimation.Basedonthecateye-confocalfixedfocal,sphericalinterferometryisthemostcommonlyused,highpreci

8、sionnon-contactmeas