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        激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏的自動(dòng)測(cè)量

        2023-12-19 11:14:58趙維謙邱麗榮
        光學(xué)精密工程 2023年23期
        關(guān)鍵詞:差動(dòng)透鏡姿態(tài)

        王 偉, 杜 卓, 程 然, 趙維謙, 王 允, 邱麗榮

        (北京理工大學(xué) 光電學(xué)院 復(fù)雜環(huán)境智能感測(cè)技術(shù)工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081)

        1 引 言

        隨著球面元件在激光點(diǎn)火、光刻機(jī)、航天相機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多,對(duì)球面元件關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量精度和效率的要求日益提高[1-3]。中心偏作為光學(xué)元件的核心參數(shù),其精度會(huì)直接影響光學(xué)系統(tǒng)的共軸性和成像質(zhì)量,因此,對(duì)中心偏的高精度測(cè)量和校正具有重要意義[4]。

        現(xiàn)有的中心偏測(cè)量方法分為接觸式和非接觸式兩大類。傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法存在測(cè)量精度低、容易劃傷元件表面等問(wèn)題,因此,國(guó)內(nèi)外主流的中心偏測(cè)量?jī)x都采用非接觸式測(cè)量法,如差動(dòng)共焦法、干涉法、激光定心法等[5-7]。非接觸式測(cè)量方法采用旋轉(zhuǎn)法對(duì)被測(cè)樣品的中心偏進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)旋轉(zhuǎn)式中心偏測(cè)量原理可知,被測(cè)鏡的姿態(tài)偏差會(huì)直接累加到被測(cè)樣品的中心偏差中[8-9],因此,非接觸式中心偏測(cè)量方法需要在測(cè)量前精確調(diào)整被測(cè)鏡的姿態(tài),保證被測(cè)鏡機(jī)械外圓中心軸(機(jī)械軸)和測(cè)量光軸同軸以減少測(cè)量誤差[10]。目前,被測(cè)鏡姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)按照調(diào)整方式分為手動(dòng)調(diào)整和電動(dòng)調(diào)整兩種[11-14]。手動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)通過(guò)人工利用微分螺桿進(jìn)行微位移調(diào)整,調(diào)整精度低,人為干擾大,不具有自鎖能力,并且存在調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、重復(fù)定位精度低,以及對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求高等問(wèn)題。與手動(dòng)形式相比,電動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)具有定位精度高、響應(yīng)速度快、可鎖緊力矩的特點(diǎn),但是現(xiàn)存的電動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜且在中心偏測(cè)量過(guò)程中缺少有效的自動(dòng)調(diào)整算法,大大限制了加工、檢測(cè)效率[15-17]。

        本文提出了激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量方法,利用電感測(cè)微儀、圓光柵結(jié)合五維自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)鏡姿態(tài)偏差的自動(dòng)檢測(cè)與調(diào)整;設(shè)計(jì)并搭建了激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),結(jié)合測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)掃描控制方法實(shí)現(xiàn)透鏡中心偏的重復(fù)測(cè)量,有效抑制了被測(cè)鏡姿態(tài)偏差和人為干擾對(duì)透鏡中心偏測(cè)量的影響,為機(jī)械加工和測(cè)試裝配過(guò)程中的中心偏自動(dòng)測(cè)量提供了一種有效途徑。

        2 原 理

        通過(guò)分析姿態(tài)偏差的產(chǎn)生原因、計(jì)算姿態(tài)偏差對(duì)中心偏測(cè)量結(jié)果的影響,提出并設(shè)計(jì)了基于透鏡姿態(tài)偏差自動(dòng)調(diào)整的透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),其原理如圖1 所示。激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量過(guò)程主要分為被測(cè)樣品姿態(tài)偏差自動(dòng)調(diào)整和中心偏自動(dòng)測(cè)量?jī)刹糠?。測(cè)量步驟如下:

        圖1 差動(dòng)共焦中心偏自動(dòng)測(cè)量原理Fig.1 Schematic diagram of automatic measurement of differential confocal eccentricity

        (1)將被測(cè)鏡通過(guò)自定心三爪卡盤固定在自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)上,氣浮轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)被測(cè)鏡旋轉(zhuǎn)一周,同時(shí)利用電感測(cè)微儀和圓光柵實(shí)時(shí)記錄被測(cè)鏡的徑向跳動(dòng)信息和角度信息,結(jié)合系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整算法,消除被測(cè)鏡姿態(tài)偏差;

        (2)利用差動(dòng)共焦軸向響應(yīng)曲線過(guò)零點(diǎn)與被測(cè)鏡特征點(diǎn)精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)這一特性,實(shí)現(xiàn)被測(cè)鏡貓眼點(diǎn)和共焦點(diǎn)的精準(zhǔn)定位;

        (3)直線電機(jī)將測(cè)量光錐通過(guò)直線度為0.8 μm/m 的氣浮導(dǎo)軌移動(dòng)至被測(cè)鏡的共焦點(diǎn),同時(shí)氣浮轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)被測(cè)鏡旋轉(zhuǎn)一周,系統(tǒng)自動(dòng)采集反射光斑軌跡,數(shù)據(jù)處理后得到被測(cè)鏡的中心偏。

        2.1 透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量及姿態(tài)偏差

        激光器發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直物鏡Lc和聚焦物鏡Ls形成測(cè)量光錐,測(cè)量光錐經(jīng)被測(cè)鏡反射后由分光棱鏡BS2 分為兩路:一路直接通過(guò)分光棱鏡BS1 透射,由粗瞄電荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)CCD1 接收,系統(tǒng)軟件對(duì)該探測(cè)器接收的光斑光強(qiáng)響應(yīng)曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,記錄被測(cè)鏡共焦點(diǎn)返回光斑的空間位置信息,計(jì)算被測(cè)鏡的中心偏;另一路經(jīng)過(guò)分光棱鏡BS2 折射后進(jìn)入差動(dòng)共焦探測(cè)模塊,測(cè)量光束被分光棱鏡BS3 分成兩束,分別進(jìn)入兩個(gè)精瞄CCD。精瞄CCD2 和精瞄CCD3 具有等量反向的離焦量,用來(lái)對(duì)被測(cè)鏡貓眼點(diǎn)和共焦點(diǎn)精準(zhǔn)定焦[18]。

        將測(cè)量光束置于被測(cè)鏡共焦點(diǎn)附近,開始掃描,測(cè)量光束經(jīng)過(guò)被測(cè)鏡反射后,再次經(jīng)過(guò)聚焦物鏡Ls、準(zhǔn)直物鏡Lc和分光棱鏡BS2 進(jìn)入差動(dòng)共焦光路,由精瞄CCD2、精瞄CCD3 接收,二者的光強(qiáng)響應(yīng)信號(hào)分別為I1(u,+uM),I2(u,-uM),其中u是軸向歸一化光學(xué)坐標(biāo),CCD2 和CCD3 的離焦量分別為+uM,-uM。二者相減得到共焦點(diǎn)的差動(dòng)共焦光強(qiáng)響應(yīng)曲線信息如下:

        式中:

        其中:λ為光源波長(zhǎng);f0為聚焦物鏡的焦距;fc為準(zhǔn)直物鏡的焦距;D為系統(tǒng)的有效通光口徑,其為準(zhǔn)直物鏡口徑D2與聚焦物鏡口徑D3的最小值。當(dāng)離焦量u=0 時(shí),I(u,uM)=0,由此可見,差動(dòng)共焦光強(qiáng)響應(yīng)曲線的過(guò)零點(diǎn)精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)被測(cè)鏡的共焦位置。

        定焦完成后,五維自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)帶動(dòng)被測(cè)鏡旋轉(zhuǎn)一周,系統(tǒng)采集反射光斑軌跡,經(jīng)過(guò)顯微物鏡和聚焦物鏡放大后,在粗瞄CCD1 靶面上形成半徑為r的擬合圓,實(shí)際被測(cè)鏡的中心偏為a,系統(tǒng)放大率為α,即有:

        如圖2(a)所示,當(dāng)測(cè)量光軸與被測(cè)鏡機(jī)械外圓軸之間存在姿態(tài)偏差Δc,且被測(cè)透鏡表面不存在中心偏差時(shí),五維自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)承載被測(cè)鏡繞其回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),被測(cè)鏡機(jī)械外圓軸與測(cè)量光軸之間的距離為定值,返回光斑軌跡為圓,測(cè)量光束會(huì)聚點(diǎn)和反射光束會(huì)聚點(diǎn)之間的距離為:

        如圖2(b)所示,當(dāng)被測(cè)鏡存在中心偏a時(shí),五維自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)驅(qū)動(dòng)被測(cè)鏡繞其回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),被測(cè)鏡法線遠(yuǎn)離測(cè)量光軸,測(cè)量光束會(huì)聚點(diǎn)和反射光束會(huì)聚點(diǎn)之間的距離為:

        此時(shí),中心偏的實(shí)際測(cè)量值為:

        由于姿態(tài)偏差的影響,中心偏的實(shí)測(cè)值不等于理論值,測(cè)量誤差為δ:

        由上述分析可知,姿態(tài)偏差會(huì)直接影響被測(cè)鏡中心偏的測(cè)量精度。因此,在每次測(cè)量前都需要將被測(cè)鏡機(jī)械外圓軸和測(cè)量光軸嚴(yán)格校準(zhǔn)至同軸,以消除姿態(tài)偏差對(duì)中心偏測(cè)量結(jié)果的影響。

        2.2 姿態(tài)偏差消除原理

        針對(duì)透鏡中心偏測(cè)量過(guò)程中被測(cè)鏡機(jī)械軸偏離旋轉(zhuǎn)軸引入的姿態(tài)偏差問(wèn)題,提出一種透鏡姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方法,調(diào)整原理如圖3 所示。被測(cè)鏡通過(guò)三爪卡盤固定在五維自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)上,將電感測(cè)微儀探頭定位在被測(cè)鏡邊沿,五維自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)驅(qū)動(dòng)被測(cè)鏡旋轉(zhuǎn)一周,選取一定的采樣點(diǎn)數(shù)n=256(n是4 的整數(shù)倍)[19],五維自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)利用數(shù)字式電感測(cè)微儀和圓光柵實(shí)時(shí)采集所有采樣點(diǎn)的相對(duì)徑向位置坐標(biāo)Zi以及角度位置θi,并反饋給上位機(jī),測(cè)量軟件對(duì)接收到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得到被測(cè)鏡旋轉(zhuǎn)一周的軌跡,如圖4所示。

        圖3 姿態(tài)偏差消除原理Fig.3 Schematic diagram of attitude deviation elimination

        根據(jù)最小二乘原理計(jì)算出最小二乘圓圓心坐標(biāo)O'(x,y)以及偏心量e:

        將偏心量e在X軸和Y軸兩個(gè)方向上分解,如圖5 所示。分解得到點(diǎn)O'(x,y)沿X軸方向移動(dòng)的距離Δx,沿Y軸方向移動(dòng)的距離Δy:

        最后根據(jù)Δx,Δy的大小和方向控制自動(dòng)調(diào)整結(jié)構(gòu)對(duì)被測(cè)鏡進(jìn)行姿態(tài)校正。由于受到機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配誤差以及自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)性能的影響,實(shí)際上無(wú)法通過(guò)單次調(diào)整將被測(cè)鏡機(jī)械軸與測(cè)量光軸校準(zhǔn)至完全同軸,需要將調(diào)整后的姿態(tài)偏差值作為閉環(huán)輸入,多次自動(dòng)調(diào)整后,被測(cè)鏡外圓的徑向跳動(dòng)Zi→0,即Δc→0,此時(shí)中心偏的測(cè)量值為:

        3 透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6 所示,它包括激光差動(dòng)共焦自準(zhǔn)直探測(cè)系統(tǒng)、透鏡姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)、直線升降系統(tǒng)和集成測(cè)量控制系統(tǒng)。

        圖6 差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)總體框圖Fig.6 Overall block diagram of automatic measurement system for central deviation of differential confocal lens

        每部分功能如下:(1)激光差動(dòng)共焦自準(zhǔn)直測(cè)頭固定在氣浮導(dǎo)套上,自動(dòng)采集被測(cè)鏡返回光斑的光強(qiáng)信號(hào)和位置信息;(2)透鏡姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)以自研的高精度氣浮回轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn),徑向跳動(dòng)控制在35 nm 以內(nèi),配合接觸式電感測(cè)微儀和圓光柵實(shí)現(xiàn)被測(cè)鏡姿態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與調(diào)整;(3)直線升降系統(tǒng)采用余氣回收式氣浮導(dǎo)軌作為運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn),消除余氣對(duì)光學(xué)測(cè)量環(huán)境及精度的影響,導(dǎo)軌行程為1 800 mm、全程直線度優(yōu)于1 μm,實(shí)現(xiàn)了自準(zhǔn)直測(cè)頭的高精度軸向移動(dòng);(4)集成測(cè)控系統(tǒng)控制差動(dòng)共焦自準(zhǔn)直儀測(cè)頭的軸向移動(dòng)和透鏡姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整,實(shí)時(shí)采集被測(cè)鏡邊緣的徑向跳動(dòng)及直線光柵采集的測(cè)量光錐位置信息,并對(duì)粗瞄CCD 采集的光強(qiáng)響應(yīng)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,從而完成透鏡中心偏的高精度自動(dòng)測(cè)量。

        差動(dòng)共焦自準(zhǔn)直測(cè)頭采用波長(zhǎng)為632.8 nm的激光器作為測(cè)量系統(tǒng)的光源,CCD 探測(cè)器采用??礛V 系列高端型面陣相機(jī),靶面尺寸為4 096×3 072 pixel,每個(gè)像素的實(shí)際尺寸為3.2 μm,經(jīng)過(guò)像素細(xì)分后,相機(jī)分辨力可達(dá)0.1 μm;為了減小外界振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)調(diào)試和測(cè)量的影響,基臺(tái)整體采用氣浮隔振設(shè)計(jì)。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),研制的激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖7 所示。

        圖7 差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.7 Experimental system for automatic measurement of central deviation of differential confocal lens

        4 測(cè)量實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

        對(duì)激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行相對(duì)誤差計(jì)算,來(lái)驗(yàn)證激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量方法的可靠性。

        4.1 誤差分析

        影響透鏡中心偏測(cè)量結(jié)果的主要因素有:(1)氣浮轉(zhuǎn)軸動(dòng)態(tài)跳動(dòng)誤差σ1、光斑捕捉動(dòng)態(tài)誤差σ2;(2)定焦誤差σ3、被測(cè)鏡的位姿調(diào)整誤差Δc。

        4.1.1 氣浮轉(zhuǎn)軸動(dòng)態(tài)跳動(dòng)誤差

        氣浮轉(zhuǎn)軸運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)誤差包含軸向跳動(dòng)誤差Δv、徑向跳動(dòng)誤差Δc和角擺跳動(dòng)誤差Δs,氣浮轉(zhuǎn)軸誤差的主要形式如圖8 所示。

        圖8 氣浮轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)誤差Fig.8 Dynamic error of air bearing rotating shaft

        在透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量過(guò)程中,氣浮軸系的軸向跳動(dòng)誤差會(huì)給光斑帶來(lái)少量離焦,但是軸向跳動(dòng)誤差Δv不會(huì)影響光斑畫圓直徑;氣浮轉(zhuǎn)軸的徑向跳動(dòng)誤差Δc表示氣浮轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)其旋轉(zhuǎn)軸偏離氣浮轉(zhuǎn)軸理論軸線的距離,徑向跳動(dòng)誤差會(huì)累加到透鏡中心偏的測(cè)量結(jié)果中。

        氣浮轉(zhuǎn)軸的角擺跳動(dòng)誤差用Δs表示,代表氣浮轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生傾斜。氣浮轉(zhuǎn)軸的角擺跳動(dòng)誤差同樣可以分解為軸向跳動(dòng)誤差Δsv和徑向跳動(dòng)誤差Δsc,其中軸向跳動(dòng)誤差可以忽略。利用電感測(cè)微儀對(duì)該項(xiàng)誤差進(jìn)行測(cè)試,最大徑向跳動(dòng)小于35 nm,即:

        4.1.2 光斑捕捉動(dòng)態(tài)誤差

        CCD 通過(guò)一定曝光時(shí)間對(duì)圖像信息進(jìn)行捕捉探測(cè),對(duì)于靜止的測(cè)量目標(biāo)成像,不需要考慮曝光時(shí)間內(nèi)物體位移引起的成像誤差。但中心偏測(cè)量時(shí)需要旋轉(zhuǎn)被測(cè)鏡,使成像光斑在像面上做畫圓運(yùn)動(dòng),這不可避免對(duì)光斑重心計(jì)算引入動(dòng)態(tài)誤差。透鏡中心偏測(cè)量過(guò)程中,曝光時(shí)間t和轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度ω決定光斑形狀,實(shí)際測(cè)試過(guò)程中曝光時(shí)間t=1 ms,轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)速度ω=4.5 rad/s,由弦心距離公式可得:

        4.1.3 定焦誤差

        透鏡中心偏測(cè)量過(guò)程中,需要利用準(zhǔn)直物鏡將自準(zhǔn)直儀的測(cè)量光束精確聚焦在被測(cè)透鏡球心(被測(cè)鏡共焦點(diǎn))的同一平面,以減小定焦誤差,如圖9 所示。

        圖9 定焦誤差Fig.9 Fixed focus error

        測(cè)量中心偏時(shí),激光差動(dòng)共焦測(cè)量方法的定焦誤差σD=0.146 μm。由于定焦誤差的影響,像面上的光斑位置由d偏移至d'。

        定焦誤差引起的光斑相對(duì)測(cè)量誤差為:

        4.1.4 被測(cè)鏡的位姿調(diào)整誤差

        被測(cè)鏡通過(guò)三轉(zhuǎn)卡盤固定在五維自動(dòng)調(diào)整工作臺(tái)上,被測(cè)鏡機(jī)械外圓軸和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸之間必然存在姿態(tài)偏差,該姿態(tài)偏差對(duì)中心偏的測(cè)量影響極大。利用圓光柵和電感測(cè)微儀實(shí)時(shí)采集被測(cè)鏡的徑向跳動(dòng)和角度信息,對(duì)被測(cè)鏡的姿態(tài)偏差調(diào)整后,可將被測(cè)鏡的徑向偏差調(diào)整至0.1 μm 內(nèi),即:

        4.1.5 誤差合成

        系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),自準(zhǔn)直光路中聚焦物鏡的焦距fc為300 mm,測(cè)量物鏡的焦距fo為150 mm;被測(cè)樣品的中心偏經(jīng)中國(guó)計(jì)量院標(biāo)定為18.870 μm。綜上所述,激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差為:

        由上述分析可知,被測(cè)鏡的位姿誤差是最大的誤差源,經(jīng)過(guò)激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整后,可將被測(cè)鏡的位置誤差減小至0.1 μm,提高了測(cè)量精度。

        4.2 中心偏測(cè)量實(shí)驗(yàn)

        實(shí)驗(yàn)樣品采用北京創(chuàng)思工貿(mào)定制的直徑為50.8 mm 的雙凹透鏡,透鏡的中心偏值經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化研究院標(biāo)定為18.870 μm。設(shè)定重復(fù)測(cè)量次數(shù)N=10,系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行透鏡中心偏重復(fù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

        為驗(yàn)證激光差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量方法的科學(xué)性,將差動(dòng)共焦透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的10 次測(cè)量結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)組,將北京全歐光學(xué)檢測(cè)儀器有限公司的OptiCentric?系列手動(dòng)中心偏測(cè)量?jī)x對(duì)樣品中心偏的10 次測(cè)量結(jié)果作為對(duì)照組,進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

        進(jìn)行中心偏測(cè)量實(shí)驗(yàn)前,需要利用標(biāo)準(zhǔn)球和平面反射鏡將差動(dòng)共焦探頭(測(cè)量光軸)、自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸、氣浮導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軸校準(zhǔn)至嚴(yán)格同軸,以減小系統(tǒng)誤差,測(cè)量結(jié)果如表1 和圖10 所示。由測(cè)量結(jié)果可知,基于透鏡姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整的中心偏自動(dòng)測(cè)量方法的測(cè)量精度為0.41% 、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差為0.093 μm,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)整透鏡姿態(tài)的中心偏測(cè)量方法。

        5 結(jié) 論

        本文提出了一種透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量方法。通過(guò)分析透鏡中心偏測(cè)量過(guò)程中位姿誤差產(chǎn)生的原因,設(shè)計(jì)了透鏡姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng),確保透鏡機(jī)械外圓軸與測(cè)量光軸高度同軸,有效解決了旋轉(zhuǎn)式中心偏測(cè)量法中偏心誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,調(diào)整精度可達(dá)0.1 μm;同時(shí),利用高精度氣浮轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)鏡片旋轉(zhuǎn),有效避免了測(cè)試過(guò)程中鏡片的跳動(dòng),提高重復(fù)測(cè)量精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:透鏡中心偏的測(cè)量精度為0.41%,為高精度透鏡中心偏自動(dòng)測(cè)量提供了一種可行方案。

        本文提出的測(cè)量方法依賴被測(cè)鏡的機(jī)械外圓實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)鏡的姿態(tài)調(diào)整,并將機(jī)械外圓軸作為測(cè)量基準(zhǔn),因此只適用于機(jī)械外圓圓度較高的樣品,對(duì)于非球面以及其他形狀的樣品,可將系統(tǒng)改進(jìn)為雙光路系統(tǒng),測(cè)量樣品相對(duì)于測(cè)量光軸的中心偏。

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