大尺度複雜加工面的連續變角度光學全息干涉測量原理

《大尺度複雜加工面的連續變角度光學全息干涉測量原理》是依託西安交通大學，由賈書海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大尺度複雜加工面的連續變角度光學全息干涉測量原理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：賈書海
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

機械行業中有許多面積大、形狀複雜的加工面，對其進行亞微米級精度、全場、高速測量是機械工業向高、精、尖發展的關鍵技術瓶頸之一。目前，國際上唯一能實現大面積、複雜機械加工面線上、高速、全場測量的是“多步變波長全息干涉測量”技術，但其還存在測量範圍小、穩定性差和非常昂貴等缺點，難以推廣套用。本項目提出研究一種“連續變角度全息干涉測量”新原理，該原理對待測信息單點獨立提取、“無需相位去包裹”、可以對任意複雜形狀加工面進行全場、高速、亞微米精度測量。項目將探明這種新思想的信息解調原理和方法、各種影響因素對測量精度的影響規律，建立測量系統原型樣機，為實際推廣套用打下基礎。項目提出的新方法克服了現有的兩種光學干涉信息解調法（“相移法”和“變波長法”）的缺點，具有測量範圍大、測量穩定、成本低等優勢，適宜大面積推廣套用，將為機械、航空航天等行業提供一種先進的測試方法和技術，具有重要的理論和實際意義。

結題摘要

在機械加工製造領域中，對物體三維形貌信息的需求日益增長。數字全息干涉技術是近年李發展起來的一種光學非接觸檢測技術,被廣泛用於物體三維形貌測量套用中。目前較為常用的是多波長數字全息干涉測量技術，但該方法需要多波長光源，存在系統成本高，波長調節範圍小等缺點，且商用化的多波長數字全息干涉測量儀基本只適合測量平表面結果，實際推廣套用受到一定限制。為此，課題組提出了僅需單一波長的變角度數字全息干涉測量技術來克服現有數字全息干涉方法所遇到的難題。項目組圍繞著連續變角度數字全息干涉測量技術，數字全息干涉自動聚焦技術，數字全息散斑去噪技術，基於點源球面波的數字全息干涉大尺寸物體三維形貌測量技術等內容展開研究。提出的連續變角度數字全息干涉測量技術無需相位解包裹，能夠實現單點獨立測量，有效解決在具有較大突變，非連續表面物體測量時避免相位解包裹和降低測量誤差相互限制的難題，與同類方法相比，該方法能夠減少50%左右的測量誤差，有效地提高了數字全息干涉測量精度。提出的基於相關係數的數字全息自動聚焦算法具有很高的魯棒性，能夠實現數字全息成像自動聚焦，保證了數字全息重建結果的準確性。為了減小數字全息散斑噪聲對測量結果的影響，提出了基於散射片的角度多樣化數字全息成像散斑噪聲抑制方法以及基於4F相干成像光學系統仿真技術，為降低數字全息干涉測量誤差提供解決策略。提出的點源球面波照明的變角度數字全息干涉測量技術，理論上可以提供任意大小的照明光束，可以有效擴大單次測量面積。項目組所開發的變角度數字全息干涉測量技術有效克服了現有數字全息干涉測量成本高，波長調節範圍低等難題，具有全場、非接觸、成本低等優點，為數字全息干涉測量技術的進一步套用推廣提供了技術支撐，具有重要的理論和實際意義。項目進行中發表論文14篇（其中SCI論文10篇，EI論文2篇，北大中文核心論文2篇），另有2篇SCI論文已投出，申請國家發明專利5項（已授權專利4項）。