1 西安工业大学 光电工程学院， 陕西西安70032
2 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室， 陕西西安710049
为满足点衍射干涉测量对解包算法高精度、高效以及抗干扰的检测需求。提出一种基于空洞空间卷积的相移点衍射干涉图像的相位解包方法，通过将自编码器结构和空洞空间卷积结合获得更高的相位解包精度，实现对包裹相位图像可控的多尺度特征提取。根据点衍射图像特点制作的大量多样化数据集对其进行训练和优化，从而实现准确识别包裹相位所在阶次，最终可以快速处理包裹图像得到高精度的解包结果。利用所提方法对实际点衍射干涉图像进行处理，并与ESDI专业干涉图像处理软件以及其他解包算法处理结果进行比对，结果表明：本文解包结果与软件枝切法解包处理结果均方根误差值为0.022 2 rad，面形拟合结果与软件面形拟合结果峰谷差值仅为0.012 1λ、均方根差值仅为0.004 2λ；时间效率上，完成一幅图像的处理平均仅需0.035 s，而传统方法均大于1 s。与其他方法相比，所提方法在处理包裹相位方面具有快速、高精度的特性，为点衍射干涉图像处理的高精度相位解包提供了新的可行方案。
干涉测量 面形检测 干涉成像 神经网络 相位解包 interferometry surface measurement interference fringe neural networks phase unwrapping
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
点衍射干涉仪中小孔的对准情况直接决定小孔衍射光斑的形状及位置，也影响着后续光路的布置。基于瑞利-索末菲衍射理论，对非对准高斯光束入射下的小孔衍射光强分布进行了研究，给出了平移、离焦、倾斜三种对准误差下的光强分布解析表达式，分析得出了不同直径小孔在不同对准误差下的衍射光强分布情况。研究表明：平移对准误差会使衍射光斑形状发生变化，但对衍射光斑中心的位置没有影响，随着平移对准误差的增大，沿平移方向的第一暗环呈月牙状并逐渐消失；离焦对准误差对衍射光斑的位置和形状均无明显影响，但衍射光强值会随着离焦量的增加而减小；倾斜对准误差会使衍射光斑中心位置发生偏移，但衍射光斑的形状不会发生变化，并且偏移方向与斜入射方向一致，偏移量与倾斜角之间呈线性关系。
衍射 点衍射 衍射光强 对准误差 干涉测量 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1905001
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710032
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
不同步数相移算法下被测件径向相移不均匀引入的误差不同,对测量的影响也将不同。基于点衍射干涉测量光路,构建了误差分析模型,以5、6、7和13步相移算法为例,对不同相移算法下被测件径向相移不均匀引入的移相误差进行了分析,并将该移相误差的影响引入到实际干涉测量模型中,进一步分析比较了该误差对最终面形检测结果的影响,进而提出了一种基于误差预估计的多项式误差校正新方法。研究结果表明,相移算法步数越多,被测件径向相移不均匀引入的面形检测误差越大,误差均呈类抛物面分布;最终面形检测结果经Zernike多项式拟合消离焦项后已等同于进行了二次多项式校正,对于数值孔径为0.3以下的被测件,经二次多项式校正后该误差对测量的影响基本可以忽略。
测量 干涉测量 点衍射干涉仪 多步相移 径向相移不均匀 误差分析
西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室, 西安 710049
为了减小非球面环形子孔径拼接测量时的中心偏移误差, 根据检测原理及几何关系, 分析了中心偏移误差在面形测量中的作用机理, 推导了中心偏移误差模型, 并在此基础上提出了一种基于二维像素矩阵的中心偏移误差补偿方法.该方法可以有效地得到初始面形测量数据的中心偏移量, 在拼接之前减小由中心偏移误差引起的波前偏差的剔除误差, 同时减小各环形子孔径中心之间的偏差.利用Zygo干涉仪进行了非球面环形子孔径拼接的中心偏移误差补偿实验, 与零位检测结果相比, 峰谷值残差为－0.015λ, 均方根残差为0.003λ, 表明该补偿方法大大减小了面形测量误差, 提高了环形子孔径拼接的测量精度.
光学测试 环形子孔径拼接 二维像素矩阵 非球面 中心偏移误差 Optical testing Annular subaperture stitching Two-dimensional matrices of pixel Aspheric surface Center offset error
1 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安工业大学 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710032
由于相移式横向剪切干涉不需要标准参考波面，因此它可以缩小干涉腔长、甚至实现绝对的共光路干涉，从而最大程度上降低了空气扰动和振动的影响，但实验室设计的相移式横向剪切干涉测量装置中的分束棱镜、剪切平板和五棱镜的制造误差仍然造成了发生错位的两波面间产生非共光路误差。通过剪切干涉测量装置中调整误差和非共光路误差的对比分析，提出了非共光路误差的计算方法，并在测试结果中进行非共光路误差的补偿。实验结果发现补偿非共光路误差后的面形误差与ZYGO干涉仪的测量结果非常接近。
非共光路误差 横向剪切干涉 误差补偿 non-common path error lateral shearing interferometry error compensation
1 西安工业大学 光电工程学院, 西安 710072
2 黑龙江北方工具有限公司, 黑龙江 牡丹江 157013
针对现有四光幕精度靶理想化结构模型及测量精度分析无法满足其工程化设计及发展需求的问题,构建了通用的四光幕精度靶工程化结构模型,推导了相应的坐标测量及误差传播公式,仿真分析了着靶位置、靶距、幕面夹角、靶面大小、弹丸斜入射角度等多参量对系统坐标测量精度的影响,得到了系列坐标测量误差分析数据.最后给出了一实际四光幕精度靶的结构及理论坐标测量误差估计.实弹射击表明,该系统在1 m×1 m有效靶面内的X、Y坐标测量误差均小于2 mm,与理论仿真分析结果接近,验证了所提工程化测量模型的正确性,测量精度分析有效.研究结果可为实用型四光幕精度靶的设计及测量精度评估提供可靠参考.
测量 四光幕精度靶 建模 着靶坐标 精度分析 弹丸 光幕 Measurement Four-light-screen optical target Modeling Impact location Accuracy analysis Projectile Light screen
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710032
点衍射干涉仪中小孔对准误差是影响衍射参考波面质量最主要的误差源。基于瑞利索末菲矢量衍射理论，建立了非傍轴高斯光束经小孔衍射的严格数学描述，对不同对准误差下的小孔衍射波面误差进行了分析，在分析中特别考虑了会聚光斑大小的影响。研究表明：小孔对准误差的引入使得衍射波面偏差迅速增大，且衍射波面偏差随对准误差的增大呈线性增长；相同对准误差下，衍射波面偏差随会聚光斑半径的增大而减小，要获得同等衍射波面偏差，允许的对准误差随会聚光斑的增大呈近同倍数增长。给出了0.5~3 μm小孔在不同会聚光斑直径和小孔对准误差下的衍射波面误差分布数据，研究结果可为点衍射干涉仪中会聚透镜的选取、小孔对准精度要求的确定以及小孔衍射波面误差的估计提供重要参考数据。
测量 点衍射干涉仪 衍射波面 对准误差 误差分析
1 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室, 西安 710049
2 西安交通大学 机械工程学院, 西安 710049
3 西安工业大学 光电工程学院, 西安 710032
为满足移相干涉测量中纳米甚至亚纳米高准确度检测要求，需采用对误差敏感度更低的相移算法.基于扩展平均技术，在传统4步和3步算法的基础上分别推导了A类和5~13步相移算法公式，以5、6、7和13步算法为例，通过仿真及数值计算，比较了两类算法对相移器移相误差及CCD非线性误差的抑制特性.结果表明: 同类算法下，步数越多的算法，对这两项误差的抑制效果越好，但达到一定步数后对测量的影响可以忽略; 算法具有增强的移相误差抑制能力，在相移不准情况下可优先选用算法; A类算法对CCD非线性误差几乎完全免疫，而算法受一定CCD非线性误差影响，但对大多数高准确度CCD来说，其在常规检测中的影响可以忽略; 由相移噪音引入的随机性测量误差的极大值要略大于相移噪音本身，且不同算法对相移噪音的抑制效果差别不大，因此相移噪音对测量的影响不可忽略.文中给出了不同误差影响下各算法引入波面检测误差的比较数据，研究结果可为实际干涉测量中最适相移算法的使用和选用提供理论指导及数据参考.
移相干涉测量 扩展平均技术 相移算法 波面检测误差 误差分析 Phase-shifting interferometry Extended averaging technique Phase-shifting algorithms Wavefront measurement error Error analysis
