论文部分内容阅读
光电器件的表面或精密机械零件的表面都是具有一定面型和微观形貌的粗糙表面，两个粗糙表面结合时，表面形貌是决定结合面力学、热学和电学特性的重要因素之一，粗糙表面微观形貌的测试计量问题，是研究结合面接触力学、热学和电学特性的基础问题。数字全息技术可以定量获取被测表面的微观形貌，具有非接触、精度高、测量范围较大等优点，为粗糙表面的精密计量检测提供新的手段。本文围绕粗糙表面微观形貌的数字全息测量展开研究，主要工作如下: (1)在菲涅耳衍射积分的基础上分析了数字全息记录和再现的原理，论述了三种基本再现算法，用S-FFT算法和卷积算法模拟了离轴数字全息图的生成和再现。 (2)分析了粗糙表面数字全息图采集系统中成像器件的参数对再现像质量的影响;根据采样定理和频谱分离条件，推导了粗糙表面菲涅耳离轴数字全息图获取条件，研究了粗糙表面形貌重建过程中最佳重建距离确定方法以及相位解包裹技术。 (3)讨论了影响再现像质量的因素，结合实验分析了消除粗糙表面再现像中干扰像的方法，包括平均值消除法、频谱滤波法和像面滤波法;分析了粗糙表面再现像中出现散斑噪声的原因，研究了中值滤波法、Lee滤波法和Kuan滤波法消除激光散斑噪声的原理，并进行实验验证，得出Kuan滤波对粗糙表面再现像中的散斑噪声的抑制效果较好。 (4)用反射式离轴数字全息系统对金属表面的微观形貌进行测量。推导了反射式物体表面微观形貌与重建相位之间的关系，得到了定量的表面形貌，数据处理后获得了表面粗糙度评定参数Ra。用该实验系统测得Ra1.6刨削加工标准样块的Ra值为1.62μm、Ra0.8刨削加工标准样块的Ra值为0.79μm、Ra1.6立铣加工标准样块的Ra值为1.66μm，相对误差分别为1.25％、-1.25％和3.75％。实验中对Ra1.6刨削加工样块再现像中的干扰像进行消除，处理同一轮廓所得Ra值分别为1.64μm和1.58μm，可见消除干扰像后所得Ra值与标准值更为接近。实验结果表明，数字全息技术对金属表面微观形貌的测量具有精度高、测量装置简单、测量范围较大、被测物体不受加工方式的影响等优点。 (5)用透射式离轴数字全息系统对平凸透镜的表面形貌进行测量。论述了测量原理，推导了透射式物体表面高度与相位之间的关系，得到了定量的表面形貌，获取了该透镜的表面轮廓。