数字干涉测量方法及面形的三维干涉测量及评价
干涉检查、间隙检查 孔对齐检查
干涉检查、间隙检查孔对齐检查引言概述：在工程和制造领域中，干涉检查、间隙检查和孔对齐检查是非常重要的步骤。
这些检查方法可以确保零件的质量和精度，避免潜在的问题和故障。
本文将详细介绍干涉检查、间隙检查和孔对齐检查的原理和方法。
一、干涉检查1.1 干涉检查的定义和原理干涉检查是一种用于确定零件之间是否存在干涉的方法。
干涉是指两个或多个零件在组装或运动过程中相互干扰的现象。
干涉检查的原理是通过对零件进行三维模型或物理模型的比对，确定是否存在干涉。
1.2 干涉检查的方法- 使用三维建模软件进行干涉检查：通过将设计好的零件模型导入三维建模软件，进行组装模拟，检查是否存在干涉。
- 物理模型干涉检查：通过制作实物模型，进行组装和运动模拟，观察是否存在干涉。
1.3 干涉检查的应用干涉检查广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
在汽车制造中，干涉检查可以确保发动机和车身的组装精度，避免零件的干涉；在航空航天领域，干涉检查可以确保航天器的各个部件在发射和运行过程中不会发生干涉。
二、间隙检查2.1 间隙检查的定义和原理间隙检查是一种用于确定零件之间是否存在过大或过小间隙的方法。
间隙是指两个零件之间的间距，过大或过小的间隙都可能导致零件的不正常运行或失效。
间隙检查的原理是通过测量和比对零件之间的间隙大小，确定是否符合设计要求。
2.2 间隙检查的方法- 使用测量工具进行间隙检查：利用千分尺、游标卡尺等测量工具，测量零件之间的间隙大小，与设计要求进行比对。
- 光学测量方法：利用光学测量仪器，如激光扫描仪、投影仪等，对零件进行扫描和测量，得到间隙数据。
2.3 间隙检查的应用间隙检查在机械制造、电子制造和航空航天等领域中具有重要应用。
在机械制造中，间隙检查可以确保零件之间的配合间隙符合要求，避免零件的卡死或松动；在电子制造中，间隙检查可以确保电子元件之间的间隙符合要求，避免电路的短路或断路。
三、孔对齐检查3.1 孔对齐检查的定义和原理孔对齐检查是一种用于确定零件上的孔是否与其他零件上的孔对齐的方法。
数字干涉测量方法及面形的三维干涉测量及评价
测量及评价
【二】实验原理
随着电子技术与计算机技术的发展，并与传统的干涉检测方法结合，
产生了一种新的位相检测技术数字干涉技术，这是一种位相的实
时检测技术。这种方法不仅能实现干涉条纹的实时提取，而且可以利
用波面数据的存储功能消除干涉仪系统误差，消除或降低大气扰动及
【四】实验记录
被测工件：平面镜
序号
PV
RMS
EM
等高图（凹 或凸）
1
2
3
4
6
U R a exp[ i2k(s li )]
I (x, y,li ) a2 b2 2ab cos 2k[w(x, y) li ]
a2 b2 2ab cos 2kwcos 2kli sin 2kwsin 2kli
Ut b exp{i2k[s w(x, y)]}
指标，如下图所示。
表面形貌
PV
RMS
面形精度的评价
1．PV值：是表面形貌的最大峰谷值 2．RMS值：是表面形貌的均方根值，RMS的定义是：
RMS v2
N 1
v xi T
T xi
N
xi单次测值 N重复测定次数
5
【)
干涉场中任意一点的光强基本上li的余弦函数。由于li随时间 变化，因此光强是一个时间周期函数，可用傅里叶级数展开。
I (x, y, li ) a0 a1 cos 2kli b1 sin 2kli
a0
2 n
n i 1
I (x,
y,li )
a1
2 n
n i 1
激光干涉仪检测球面光学零件面形精度分析
激光干涉仪检测球面光学零件面形精度分析作者：权艳红来源：《中国高新技术企业》2010年第16期摘要:文章通过使用激光球面干涉仪对不同光学零件面形的测量从而作出其精度测量的分析,探讨了实验中产生问题的原因,并对实验数据加以讨论,以找出误差产生的规律。
关键词:激光球面干涉仪;等厚干涉;光学零件面形;干涉仪器;精度分析中图分类号:TH744文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)24-0191-031检测仪器1.1激光球面干涉仪1.1.1干涉仪的分类干涉仪的设计方式有许多种,按照形成干涉的光束数目分为双光束及多光束两大类,双光束干涉仪所产生的条纹其亮度多呈正弦曲线的分布情形。
其基本原理都是通过各种光学元件形成参考和检测光路的方法。
就是采用了一种常见的干涉方式制成的,一般称为菲索干涉仪,这种干涉仪一般用来检测元件表面或光学系统的波相差。
由于所用激光的带宽很窄,因此它的相干长度很长可以在光程差很大的情况下得到干涉图样,对待测物体放置的要求不是很严格。
泰曼格林干涉仪、菲索干涉仪、麦克詹达干涉仪及麦克森干涉仪,皆属于此种双光束干涉方式。
1.1.2干涉仪检测光学零件表面的优点其一,它是非接触监测,不会损伤被探测物体表面。
其二,它获取数据的信息量大,图样本身是一个连续变化的过程,有着极高的分辨率。
其三,测量范围大,它可以同时对一个很大表面进行并行的分析和处理。
局限性:因为是分析反射光,所以有足够的反射才能得到干涉图样进行分析。
这就对光源和被探测物体的表面粗糙度提出了条件。
1.1.3干涉仪的应用光学仪器中的透镜、棱镜等,其表面质量要求很高,通常要求磨制面与理想几何形状间的误差不超过光波波长的数量级,用干涉法可检验出微小的误差(小于波长的几十分之一)。
所以在光学系统评价、表面的粗糙度、面形和元件的微小偏移的测量都采用了干涉仪进行分析。
1.2OSI-75TQ型激光球面干涉仪OSI-75TQ型激光球面干涉仪(如图1)是用稳频的氦氖激光器作为光源,由于它的相干长度很大,干涉仪的测量范围可以大大的扩展;而且由于它的光束发散角小,能量集中,因而它产生的干涉条纹可以用光电接收器接收,变为电讯号,并由计数器一个不漏的记录下来,从而提高了测量速度和测量精度。
光的干涉实验观察干涉条纹的现象
汇报人：
分析结果：根据测量结果分析干涉条纹的形成原因和规律
测量方法：使用干涉显微镜、干涉仪等仪器进行测量
实验果分析和讨论
03
数据记录和处理
处理数据，消除误差和异常值
记录干涉条纹的间距、宽度和亮度
计算干涉条纹的周期和相位差
分析数据，得出结论和推论
实验结果与理论预测的比较
干涉条纹的出现：实验结果与理论预测一致
干涉条纹的间距：实验结果与理论预测一致
干涉条纹的亮度：实验结果与理论预测一致
干涉条纹的稳定性：实验结果与理论预测一致
干涉条纹的消失：实验结果与理论预测一致
实验结果的解释：理论预测与实验结果相符，说明光的干涉现象真实存在
误差分析和实验改进
误差来源：仪器误差、环境误差、人为误差等
误差分析：对实验数据进行统计分析，找出主要误差来源
光的干涉实验的意义和价值
光的干涉实验是物理学中的基本实验，可以帮助我们理解光的性质和传播规律。
光的干涉实验在光学、光电子学、量子力学等领域有着广泛的应用，如激光技术、光纤通信、全息摄影等。
光的干涉实验还可以帮助我们理解其他波的性质和传播规律，如声波、水波等。
光的干涉实验对于培养学生的科学素养和实验能力也有着重要的作用。
实验器材：光源、双缝、观察屏、测量仪器等
实验步骤：调整光源、双缝和观察屏的位置，观察干涉条纹的变化
实验设备和材料
安全防护设备：护目镜或安全眼镜
辅助工具：三脚架或固定支架
测量工具：毫米尺或游标卡尺
记录工具：白纸或记录本
光源：激光笔或单色光源
干涉仪：迈克尔逊干涉仪或菲涅耳干涉仪
实验步骤和操作
准备实验器材：光源、双缝、观察屏、测量工具等
三维面形测量系统的基本原理
三维面形测量系统的基本原理三维面形测量系统是用于测量物体表面形状和几何尺寸的一种技术。
其基本原理是通过光学、激光、摄像等方式将物体表面上的点或曲线形状信息转换为数字信号，然后通过处理和分析这些数字信号，最终得到物体的三维形状和几何尺寸。
在三维面形测量系统中，光学或激光技术是常用的测量原理之一、光学技术利用投影测量和成像原理，通过将光束投射到物体表面并接收反射或散射的光来确定物体表面形状。
光线的投影和接收可以通过使用相机或其他光学装置进行。
光学技术可分为白光投影法、干涉投影法、多光束投射法等。
白光投影法是使用彩色光源投射多个不同颜色的光束到物体表面，并通过相机或其他探测器收集反射光。
通过测量不同颜色光束之间的偏差，可以计算出物体表面上各点的高度差，从而构建出物体的三维形状。
干涉投影法利用干涉原理，在物体表面上投射一束激光和参考光束，并通过光的干涉现象来测量物体表面的形状。
激光通过物体表面后，与参考光束进行干涉，产生干涉带纹理。
通过记录干涉带的图像并进行分析，可以计算出物体表面上各点的高度差，从而得到三维形状。
摄像技术是另一种常用的测量原理，通过相机记录物体表面投影图像，并通过分析图像来推断物体的三维形状。
在摄像技术中，常用的方法有结构光投影和立体视觉。
结构光投影利用光条或光栅对物体表面进行投影，并通过相机记录投影图像。
根据投影图像中的形变信息，可以计算出物体表面上各点的三维坐标。
结构光投影方法通常使用激光扫描或投影仪进行。
立体视觉利用相机组成的立体视觉系统来记录物体表面的多个视角图像，并通过相机之间的视差信息来计算物体表面上各点的三维坐标。
立体视觉方法通常需要对相机进行校准，以获得准确的视差测量结果。
除了光学和摄像技术，还有其他一些三维面形测量方法，如激光雷达、电容测量、激光干涉计等。
这些方法的原理基本上是通过测量物体表面上点或曲线的位置、形变或电容值等来反推物体的三维形状。
总之，三维面形测量系统的基本原理是通过光学、激光、摄像等方式将物体的表面形状信息转换为数字信号，并通过处理和分析这些数字信号，最终得到物体的三维形状和几何尺寸。
三维测量方法总结
三维测量方法总结概述：三维测量是指通过测量对象在三个方向上的空间坐标，来获取对象的三维形状和位置信息的过程。
它在工程、制造、建筑等领域中广泛应用，能够提供高精度、全面的测量数据，为各行各业的设计、分析和生产提供重要支持。
传统三维测量方法：传统的三维测量方法主要包括直接测量法和间接测量法。
直接测量法是通过使用测量仪器直接测量对象的空间坐标来获取其三维信息，常见的仪器有全站仪、激光测距仪等。
间接测量法则是通过测量对象的相关参数，并利用数学模型计算得到其三维信息。
传统的三维测量方法在一定程度上受限于测量精度、测量范围和测量效率等问题。
现代三维测量方法：随着科技的发展，现代三维测量方法不断涌现，使得测量精度和效率有了更大的提升。
以下介绍几种常见的现代三维测量方法。
1. 光学三维测量法：光学三维测量法是利用光学原理进行测量的方法，常见的技术包括结构光投射、视觉测量、干涉测量等。
其中，结构光投射是通过投射编码光纹或光栅到被测物体上，然后通过相机捕捉图像，利用图像处理算法计算出物体的三维坐标。
视觉测量则是通过相机拍摄物体的影像，通过对图像进行处理和分析，得到物体的三维形状和位置信息。
干涉测量则是利用光的干涉原理来测量物体表面的形貌和位移信息。
2. 激光雷达测量法：激光雷达测量法是一种利用激光束扫描地面或物体来获取其三维信息的方法。
激光雷达通过发射激光束，并接收反射回来的激光信号，通过计算激光的飞行时间和光的速度，可以确定目标物体的距离。
通过扫描多个角度，可以获取物体在三维空间的坐标信息。
激光雷达具有高精度、长测量距离和快速测量速度等优点，被广泛应用于地形测量、建筑物测量和无人驾驶等领域。
3. 三维扫描测量法：三维扫描测量法是利用激光扫描仪或光学扫描仪对物体进行扫描，获取其表面的三维点云数据。
通过对点云数据进行处理和重建，可以得到物体的三维形状和位置信息。
三维扫描测量法具有非接触、全面性和高精度等特点，适用于复杂形状和大范围的测量任务，被广泛应用于逆向工程、文物保护和数字化建模等领域。
一种检测光学元件面形的新方法
一种检测光学元件面形的新方法苏海;刘缠牢;穆绵【摘要】随着光学元件的广泛应用,对光学元件面形检测提出了更严格的要求.目前常用的检测光学元件面形的方法有数字刀口检测技术和干涉检测技术,比较这两种方法的检测原理及优缺点,提出了一种适用于工厂在线检测的三维检测方法——投影检测技术.用该方法的检测原理和关键技术对光学元件进行实验验证,证明了投影检测技术这一新方法具有实际应用价值.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2014(036)004【总页数】6页(P295-299,310)【关键词】面形检测;数字刀口检测技术;干涉检测技术;投影检测技术【作者】苏海;刘缠牢;穆绵【作者单位】陕西华星电子集团有限公司,陕西咸阳 712099;西安工业大学光电工程学院,陕西西安 710021;陕西华星电子集团有限公司,陕西咸阳 712099;西安工业大学光电工程学院,陕西西安 710021【正文语种】中文【中图分类】TN247引言随着光学技术的发展，光学元件的应用日益广泛，因此对光学元件的质量检测提出了更严格的要求。
分析目前常用的检测光学元件面形的方法——数字刀口检测技术和干涉检测技术，并针对市场的需求提出一种基于结构光的三维检测方法，目前这种方法多用于检测高反射率的物体，因此将此方法运用于检测光学元件面形是一种新的尝试。
基于结构光的三维检测方法对于周围的检测环境要求较低，可用于工厂实现光学元件面形的在线检测，具有广泛的社会需求和较好的发展前景。
1 数字刀口检测技术1.1 检测原理数字刀口检测法采用的是波像差基本原理，如图1所示。
由于被检光学元件表面可看作是由无数个点集合而成的，所以若能够得到每个点的波相差就可以得到每个点的光程差，这是因为波像差为实际波面和理想波面之间的光程差，通过这样的方法就可得到被测光学元件表面的整个面形信息。
刀口在会聚光束的交点附近步进式地沿某一方向动态切割弥散斑，获得连续的切割图像，通过计算机分析处理就可以获得光学元件表面的面型特征。
数字干涉测量方法及面形的三维干涉测量及评价-文档资料
0
i1 n
i
2 n 2 n
n
i1
I ( x , y , li ) c o s 2 k li I ( x , y , li ) s in 2 k li
3
i1
从而求得被测波面，由下式给出：
n 2 I ( x ,,) y l is i n 2 k l i b 1 1 n 11 1 i 1 w ( x , y ) t g t g l i ,i 0 , 1 , 2 , 3 i n 2 k a k 2 n 2 1 2 I ( x ,,) y l ic o s 2 k l i n i 1
U a exp[ i 2 k ( s l )] R i
2 2 I ( x ,,) y l ab 2c a b o s 2 k [( w x ,) yl ] i i
2 2 ab 2 a b c o s 2c k w o s 2 k l s i n 2s k w i n 2 k l i i U b exp{ i 2 k [ s w ( x , y )]} t
为进一步降低噪声，提高测量精度，可用P个周期进行驱动 扫描，测量数据作累加平均，即
2 np I(x ,y ,li )sin 2 kl i 1 1 n i 1 w (x ,y ) tg np 2 2 k I(x ,y ,li )cos 2 kl i n i 1
上式说明孔径内任意一点的位相可由该点上的 n×p个光强 的采样值计算出来，因此，可获得整个孔径上的位相。除 实现自动检测外，还可以测定被测件的三维形貌。
7
RMS
v
2
v x T i
基于光干涉技术的三维成像技术研究及其应用
基于光干涉技术的三维成像技术研究及其应用随着科技的不断发展，三维成像技术已经成为现代数字化时代的重要组成部分。
光干涉技术作为三维成像技术中的一种，凭借其高精度、高分辨率的特点，得到了广泛应用。
本文将介绍基于光干涉技术的三维成像技术研究及其应用。
一、光干涉技术简介光干涉技术是一种非常重要的光学测量方法，它通过对光波的干涉现象进行定量分析，可以测量出物体表面的形貌、位移变化、折射率等多个参数信息。
其主要原理就是利用光波经过透明介质或物体表面反射后发生相位差，而这个相位差可以被测量得到。
在光干涉技术中，最常见的方法是激光干涉技术，比如常见的像白光干涉仪和激光干涉仪。
通过激光的强度和相位信息的测量，可以得到物体的三维结构信息。
二、三维成像技术三维成像技术主要分为两种方式：一种是基于时间序列的三维成像技术，如stereo reconstruction、shape from shading、triangulation等，这些技术主要适用于动态场景的深度信息的获取。
另一种是基于多图像的静态三维重建技术，如三维扫描仪、基于视差的三角测量、三维重建等。
这些技术主要适用于静态场景的三维重建。
基于激光干涉技术的三维成像技术适用于静态场景的三维重建，它的主要原理是利用激光的相位信息，获取物体表面的高度信息。
通过不断变化激光的发射方向和接收光的方向，并测量各个方向上的物体表面高度信息，可以得到一个完整的物体三维模型。
三、基于光干涉技术的三维成像技术应用1. 工业检测基于光干涉技术的三维成像技术，可以广泛应用于工业品的表面检测和质量控制。
通过激光干涉仪对工业产品的表面高度进行测量，可以得到产品的三维模型，便于对产品的表面缺陷进行检测，以及产品的尺寸和形状进行测量。
2. 医学影像基于光干涉技术的三维成像技术，还可以应用于医学影像领域。
比如可以用于测量牙齿的高度，帮助牙医进行矫正，同时还可以用于医学成像的三维建模，为医生提供更加精准的处置意见。
干涉实验
Twyman-Green干涉实验实验者：何杰勇(11343022)合作者：徐艺灵（中山大学理工学院，光信息科学与技术11级1班 B13）2014年3月13日【实验目的】1.了解激光干涉测量，及其数字干涉技术的原理、方法、特点和应用场合。
2.掌握微米和亚微米量级位移量的激光干涉测量方法及应用场合。
3.实测一个平面光学零件的表面形貌。
4.了解光学系统波差PSF及调制传递函数MTF的基本物理概念。
5.掌握利用干涉法测量波差，求MTF的基本方法，及PSF、MTF的评价方法。
【实验仪器】激光器、反射镜、物镜、半反射镜、成像透镜、CMOS光电探测器、波差测试试件。
【实验原理】1.精密位移量的激光干涉测量方法本实验采用Twyman-Green干涉仪是著名的迈克尔逊白光干涉仪的变形。
与后者相比，它具有以下特点：（1）它使用两列平面波进行干涉，相干得到等厚干涉条纹（2）Twyman-Green干涉仪只能使用单色光源。
（3）Twyman-Green干涉仪的参考光束和测试光束经过成像透镜聚焦后，受光阑限制，观察者的位置固定。
利用Twyman-Green干涉仪可以研究反射或透射光学元件的表面形貌或波面形状，其原理图如图1所示为了研究反射物表面形貌或其与标准平面镜的偏差，将反射物放在干涉仪的一支光路上。
本实验用He-Ne 激光器做光源。
激光通过扩束准直系统形成平面波，入射至半反射镜，此平面波可表示为：()ikz U z Ae = (1)此平面波经半半反射镜后一分为二，一束射向参考镜M1，被反射后成为参考光束。
()R i R z R R U A e φ=∙ (2)另一束透射过半反射镜，经测量镜M2反射后，成为待测光束。
()T i t z T T U A e φ=∙ (3)此二束光在半反射镜上重新相遇，由于激光的相干性，因而产生干涉条纹。
当成像质量足够高时，干涉场的变化取决于待测反射物M2的实像与参考反射镜M1被半反射镜重现的虚像M1’间的夹角。
使用全息测量技术进行三维重建与测绘
使用全息测量技术进行三维重建与测绘全息测量技术是一种通过光干涉原理，以及数字图像处理与分析方法，实现物体的三维重建与测绘的先进技术。
它能够快速、准确地获取物体的三维形状信息，并广泛应用于工程测绘、制造业、医学影像、文物保护等领域。
本文将介绍全息测量技术的原理、应用与发展前景。
全息测量技术是基于光的干涉原理而发展起来的。
干涉是指两束或多束光波相互叠加形成干涉条纹的现象。
全息测量技术利用这种干涉现象，将被测物体与参考光束进行干涉，产生全息图像，通过对全息图像的数字处理，可以重建物体的三维形状。
相比于传统的测量方法，全息测量技术具有非接触、高精度、高效率的特点。
全息测量技术在工程测绘中有着广泛的应用。
例如在建筑施工过程中，使用全息测量技术可以快速获取建筑物的精确三维模型，提高设计与施工的准确性和效率。
在地质勘探中，全息测量技术可以对地貌进行高精度的三维测量与分析，为资源开发和环境保护提供重要的信息支持。
另外，全息测量技术还可以应用于机械制造、汽车设计、航空航天等领域，为产品的研发与制造提供可靠的数据支持。
在医学影像领域，全息测量技术也发挥着重要的作用。
传统的医学影像技术常常只能提供二维图像，难以获取到物体的真实形状与内部结构。
而全息测量技术可以在一定程度上弥补这一不足。
通过将全息测量技术应用于医学影像中，可以快速重建出人体器官的三维模型，提供更准确、更全面的诊断信息，为医学科研与临床治疗提供重要的支持。
在文物保护与文化遗产保护领域，全息测量技术也展示出了巨大的潜力。
许多文物由于年代久远或受到外界环境的影响，表面已经发生了一定的破损或变形。
而传统的文物保护方法往往需要接触到文物表面，容易对其造成进一步的损害。
而全息测量技术可以实现对文物的非接触式测量与分析，不仅可以快速获取文物的三维形状信息，而且对于文物的内部结构也能够进行一定程度上的分析与还原，对文化遗产的保护与研究具有重要的意义。
随着计算机科学与光学技术的不断发展，全息测量技术将会迎来更广阔的发展前景。
光学三维测量技术
23-18
3
应用
3、医学图像三维表面重建：
现代医疗诊断常常需要借助一些辅助设备为诊
断提供可靠的、完整的信息，因此，人体组织与
器官的三维成像技术在现代临床医学中起着越来
越重要的作用.
医生可以将重构出的器官图像进行旋转缩放等
操作，使医生能够更充分地了解病情的性质及其
周围组织的三维结构关系，从而帮助医生做出准
线照明
2D线探测器
1D扫描
面光源法
面照明
2D线探测器
不需要扫描
相位测量技术
序列编码技术
如：格雷（Gray） 如：相位测量轮廓术
傅里叶变换轮廓术
编码序列
彩色编码技术
如：彩色多通道
编码实现相移
23-12
2
测量原理
23-13
2
测量原理
直射式三角法：激光器发出的光垂直入射到被测物体表面，
Scheimpflug 条件可表示为
地对待测物体进行测量。
23-04
1
概述
图
1
：
三
坐
标
测
量
机
23-05
1
概述
接触式测量
优势
物体三维形状测量
灵活性强
精度高且可靠
测量方便
非接触式测量
非接触式测量
微波技术
三角法
光波技术
干涉法
超声波技术
飞行时间法
23-06
1
概述
微波技术
非接触式测量
适合于大尺度三维测
量，爱里斑半径较大，
角度分辨率低。
光波技术
展示三维景像，模拟未知环境和模型）；
2、文物保护
光学面形精度标准
光学面形精度标准光学面形精度是衡量光学元件表面形态误差的指标，也是光学元件质量和性能的重要评价标准之一。
本文将从光学面形精度的定义、分类、测试方法、应用领域以及国际标准等方面进行详细介绍。
一、光学面形精度的定义和分类光学面形精度是描述光学元件表面形态误差的量化指标，通常用于度量光学元件的表面质量和光学性能。
光学面形精度可以分为平面的、球面的和非球面的。
平面的表面形态误差一般由面顶角、面形偏差和平坦度等指标来描述；球面的表面形态误差一般由曲率半径、球心偏差和球差等指标来描述；非球面的表面形态误差一般由高阶曲率系数来描述，其中包括球差、像散、曲率场等。
二、光学面形精度的测试方法光学面形精度的测试方法主要分为直接测量和间接测量两种。
直接测量方法主要包括拓扑测量法、电子干涉法、三维轮廓法等；间接测量方法主要包括光学测试法和综合测试法。
拓扑测量法通过测量表面高度差来获得表面形态误差信息，电子干涉法利用干涉的原理来测量表面的形态误差，三维轮廓法则通过测量表面的轮廓来获取表面形态信息。
光学测试法主要基于光学干涉的原理，利用干涉图样来描述表面形态，综合测试法则通过结合多种测试方法来获得更准确的表面形态信息。
三、光学面形精度的应用领域光学面形精度的应用领域非常广泛，主要包括光学加工、光学设计、光学检测、光学材料制备等方面。
在光学加工领域，光学面形精度是评估加工质量的重要指标，直接影响光学元件的成像质量和光学系统的性能。
在光学设计领域，光学面形精度是设计合理的光学系统的基础，能够优化光学系统的成像性能。
在光学检测领域，光学面形精度是判断光学元件质量是否合格的重要指标，能够保证光学元件的正常使用。
在光学材料制备领域，光学面形精度是评估材料制备工艺合理性的标准，能够保证制备出具有良好光学性能的材料。
四、光学面形精度的国际标准国际上有多种光学面形精度的标准，常见的包括ISO 10110、ISO 14999、ISO 10111等。
三维数据测量技术
激光跟踪仪
该产品可以认为是激光跟踪技术和三维视觉技术的结合产品。
系统如右图所示，测笔上装有一个测量头、
若干个目标靶点（红外发光二极管）、一个猫眼，
它们之间的相互位置关系已知，通过获得目标靶
点、猫眼的空间位置可以计算出测量头的空间位
置。
在测量时，首先通过激光跟踪仪检测到猫
眼的位置，从而得到测笔的大概位置，然后相
缺点：
1）精度比传统的三坐标测量机要低，精度一般为 10μm 级以上； 2）关节臂测量机可能有测量死角或精度特别差的区域； 3）测量效率比较低。
美国 FARO 公司生产的铂金系列关节臂测量机单点精度可达 0.005mm，空间长度精 度可达 0.02mm，重量最轻可不超过 9.0kg。
非接触式三维测量技术
接触式 “测头直接与零件表面接触”
三维测量技术
基于“力-变形”原理的触发式测量
非接触式 “间接获得”，基于磁场、光学、超声波等物理模拟量
接触式三维测量技术
典型的接触式测量设备是三坐标测量机（CMM）和关节臂测量机。
上图关节臂测量机
关节臂测量机
优点：
1）机械结构简单； 2）运动灵活，测量范围大； 3）便携性好等特点。
特点： 1）具有测量速度快； 2）单次测量的数据点多，具备大规模采集表面数据的能力； 3）非接触式扫描，非接触式三维光学扫描方式，可针对外观复杂、自由
曲面、柔软易变形或易磨损等物体进行扫描； 4）精度高，独特的标定技术可使单面精度可达4μm。
在飞机、汽车和船舶等大型复杂零件的外形轮廓测量中已得 到了广泛的应用。
主要内容
• 研究的背景及意义 • 三维数据测量技术现状
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研究的背景及意义
众所周知，测量一直都是工业领域中的重要内容，从产品的研制、 加工、到装配，各个环节都需要测量。在实际的生产中，利用传 统的检测方法对大型构件的测量，不仅费时费力，而且不易达到 精度的要求。 比如对航空大型构件、发动机叶轮、船体等测量。
使用全息测量仪进行三维表面形貌测量方法
使用全息测量仪进行三维表面形貌测量方法近年来，全息测量仪作为一种新兴的三维表面形貌测量方法，受到了广泛关注和应用。
全息测量仪能够以非接触、快速、精确的方式获取物体的表面形貌信息，为各个领域的研究和应用提供了强有力的工具支持。
本文将重点阐述全息测量仪的工作原理、测量方法以及在不同领域的应用。
全息测量仪的工作原理是基于光学全息的原理。
光学全息是指通过记录光的相位和振幅信息，使得在光学全息记录介质上的记录波前能够重构出被记录物体波前的一种技术。
全息测量仪利用光波经过物体时的衍射现象，通过记录光波的相位信息来获取物体的表面形貌。
全息测量仪通常由光源、物体平台、相机以及数据处理系统组成。
在全息测量中，首先需要选取适当的光源。
常见的光源包括激光光源和白光源。
激光光源的特点是具有高亮度、高一致性和高方向性，能够提供稳定的光源，适合进行高精度的测量。
白光源由于具有连续的波长分布，能够提供更丰富的信息，适用于获取物体的颜色和纹理等表面特征。
在全息测量中，物体平台承载待测物体，并保持物体的稳定。
物体平台通常具有微调功能，能够实现物体在不同方向上的旋转和平移，以便于全面测量物体的表面形貌。
相机是全息测量的重要组成部分，用于记录光波的相位信息。
常见的相机有CCD相机和CMOS相机，它们具有高灵敏度、高分辨率的特点，能够满足全息测量的要求。
要进行全息测量，首先需要进行全息干涉记录。
全息干涉记录是指将待测物体和参考光束进行干涉，记录光波的相位信息。
在全息测量仪中，干涉记录的方式通常有直接记录和间接记录两种。
直接记录是指通过将参考光束和物体光束同时照射到感光介质上进行记录；间接记录是指先记录物体光束的干涉图像，然后再通过参考光束进行重构。
不论是直接记录还是间接记录，都需要一系列的光学元件来引导和调整光路，以获得所需的干涉图像。
得到干涉图像后，需要通过数码图像处理技术对图像进行处理和分析，以获取物体的表面形貌信息。
数码图像处理技术主要包括图像采集、预处理、相位重构和形貌提取。
三维测量技术的原理及应用
三维测量技术的原理及应用一、引言三维测量技术是指通过测量目标对象各个方向上的空间坐标信息，实现对目标对象外形、尺寸或位置的精确测量的一种技术。
三维测量技术在许多领域都有广泛的应用，例如工业制造、建筑工程、机械设计等。
本文将介绍三维测量技术的原理及其在实际应用中的各个方面。
二、三维测量技术的原理三维测量技术的原理主要包括以下几个方面：1. 视觉测量原理视觉测量是通过相机获取目标对象的图像信息，然后通过图像处理和计算，推导出目标对象的三维坐标信息。
视觉测量常用的方法包括立体视觉测量、结构光测量和投影仪测量等。
2. 激光测距原理激光测距是利用激光束发射器发射的激光束，通过测量激光束发射和接收的时间差，计算出目标对象与激光测距仪之间的距离。
激光测距技术精度高，适用于近距离和远距离测量。
3. 光干涉测量原理光干涉测量是利用光的波动性，在目标对象与光源之间形成干涉条纹，通过测量条纹的变化来计算目标对象的三维形状和尺寸。
光干涉测量常用的方法有干涉比较法、光栅投影法和激光条纹投影法等。
4. 三角测量原理三角测量是通过测量目标对象与测量仪器之间的几何关系来计算目标对象的空间位置信息。
三角测量常用的方法有空间三角测量法、光束平差法和三角测距法等。
三、三维测量技术的应用三维测量技术在各个领域都有广泛的应用，以下列举了部分常见的应用领域：1. 工业制造三维测量技术在工业制造领域中广泛应用于产品质量检测、尺寸测量和装配精度控制等。
例如，在汽车制造过程中，三维测量技术可用于检测车身外形的偏差、零部件的尺寸精度以及车身与零部件之间的装配精度。
2. 建筑工程在建筑工程中，三维测量技术可用于土地测量、建筑物测量和结构变形监测等。
通过三维测量技术，可以准确获取土地的地形、地貌信息，帮助设计师进行合理的土地开发规划；同时，在建筑物的测量和监测中，三维测量技术也起到了重要的作用，可以保证建筑物的安全性。
3. 机械设计在机械设计领域中，三维测量技术被广泛应用于机械零部件的测量和装配。
光学干涉测量法
光学干涉测量法
光学干涉测量法是一种利用光的干涉现象进行长度、表面形貌、折射率等物理量测量的方法。
其基本原理是当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，它们的光程差将引起光强的变化，形成干涉现象。
通过测量干涉条纹的移动和变化，可以精确地计算出相关物理量的变化。
在光学干涉测量法中，通常需要使用到一些特殊的干涉仪，如迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪等。
这些干涉仪能够将待测光束分成两束或多束相干光波，并在特定的反射或透射路径上传播，最终再次相遇并形成干涉。
通过调整干涉仪的参数，如反射镜或透镜的位置，可以改变相干光波的相对光程，从而产生不同的干涉条纹。
当待测物理量发生变化时，干涉条纹也会随之移动或变化。
通过精确测量干涉条纹的位置或移动距离，可以计算出待测物理量的变化。
光学干涉测量法具有高精度、高分辨率和高灵敏度的优点，因此在科学研究、工业生产和计量测试等领域得到了广泛的应用。
例如，在光学薄膜厚度测量、表面粗糙度检测、折射率测量等方面，光学干涉测量法都发挥着重要的作用。
总的来说，光学干涉测量法是一种基于光的干涉现象进
行测量的方法，具有高精度、高分辨率和高灵敏度的优点，广泛应用于各个领域。
光学中的全息与干涉测量
光学中的全息与干涉测量光学作为一门应用广泛的学科，包含了许多有趣和实用的技术和方法。
其中，全息与干涉测量是两个引人注目的方向。
全息技术通过利用光的干涉原理，记录并再现物体的全息图像，而干涉测量技术则利用光的波动性质来测量物体的形状和表面特征。
在本文中，我们将探讨全息与干涉测量的原理、应用以及可能的发展方向。
全息技术的原理基于光的干涉理论，它能够以全息图像的形式保存并再现三维物体的信息。
全息图像是通过在感光介质上记录光的干涉图样来实现的。
感光介质可以是底片、光敏玻璃或者光致变色材料，而记录全息图像的过程则依赖于激光的相干性。
当激光光束经过物体并与参考光束干涉时，会形成一幅干涉图样。
利用激光的平面波特性，我们可以通过改变读出角度来恢复出物体的三维信息。
全息技术在多个领域有着广泛的应用。
例如，在光学显微镜中，全息成像可以提供更高的分辨率和深度信息。
在医学领域，全息技术可以被用来进行虚拟手术、诊断和治疗。
此外，随着全息技术的发展，它还逐渐应用于艺术、娱乐和安全领域，例如追踪和检测假冒伪劣产品。
除了全息技术，干涉测量也是一种重要的光学测量方法。
干涉测量通过利用光的干涉原理，可以实现对物体形状、薄膜厚度等参数的精确测量。
其中最常见的干涉测量方法之一是干涉测距。
干涉测距利用被测物体表面的反射光与干涉仪中的参考光干涉产生干涉条纹，通过分析干涉条纹的形态与密度变化，我们可以计算出被测物体到干涉仪的距离。
干涉测量还有其他许多应用。
例如，激光干涉仪可以用于测量薄膜的厚度和折射率，从而提供材料的光学性质参数。
干涉测量还可以用于检测流体力学中的压力和温度变化，有助于流体参数的研究和工程实践。
随着光学技术的不断进步，全息与干涉测量也在不断发展和完善。
其中一个发展方向是基于数字图像处理的全息成像技术。
通过结合计算机和数字图像处理算法，我们可以对全息图像进行更精确和灵活的处理，进一步提高全息成像的分辨率和质量。
另一个发展方向是纳米尺度的全息与干涉测量。
数字剪切散斑用于物体的三维面形测量
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维普资讯
《 光杂 志 》 ｏ ２年 第 ２ 激 ２０ ３卷第 ｌ 期
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６ ３
数 字 剪 切 散 斑 用 于 物 体 的 三 维 面 形 测 量
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像 素 离 散 为 ２维 阵 列 ， 度 表示 为 ０—２ ５级 灰 度 存 储 强 ５ 在 计 算 机 内存 ． 接从 强 度 测 量 位 相 变 化 （ 般 的剪 切 直 一
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I (x, y,li ) sin 2kli I (x, y,li ) cos2kli
上式说明孔径内任意一点的位相可由该点上的n×p个光强 的采样值计算出来，因此，可获得整个孔径上的位相。除 实现自动检测外，还可以测定被测件的三维形貌。
4
采用数字干涉测量原理进行面形的三维测量，与前面所不
同的是测量中采用了扫描技术，因而可以实现面形的三维
a0
2 n
Байду номын сангаас
n i 1
I (x,
y,li )
I (x, y, li ) a0 a1 cos 2kli b1 sin 2kli
2 n
a1
n
i 1
I (x,
y,li ) cos 2kli
b1
2 n
n i 1
I (x,
y,li ) sin 2kli
3
从而求得被测波面，由下式给出：
2 n I (x, y,li) sin 2kli
4. 你知道测量表面三维形貌有什么意义和作用吗？试比较本方法与你 了解的其它方法（例如轮廓探针法，三坐标测量机法，共焦法等） 的优缺点。
5. 为什么说本方法可以消除干涉仪自身的系统误差，而普通干涉仪则 不可能，只能靠加工水平来保证。
6. 光圈数N，局部光圈数ΔN，EM的物理意义以及与PV，RMS的大致 关系。
7
U R a exp[ i2k(s li )]
I (x, y,li ) a2 b2 2ab cos 2k[w(x, y) li ]
a2 b2 2ab cos 2kwcos 2kli sin 2kwsin 2kli
Ut b exp{i2k[s w(x, y)]}
干涉场中任意一点的光强都是li的余弦函数。由于li随时间变 化，因此光强是一个时间周期函数，可用傅里叶级数展开。
w(x,
y)
1 2k
tg 1
b1 a1
1 2k
tg 1
n 2
i 1 n
I (x,
y,li) cos 2kli li
2n
i,
n i1
i
0,1, 2,3L
L
为进一步降低噪声，提高测量精度，可用P个周期进行驱动 扫描，测量数据作累加平均，即
w(x,
y)
1 2k
tg 1
2 n 2 n
n p
i 1 n p
测量。高精度光学平面零件的面形精度可用下列二个评价
指标，如下图所示。
表面形貌
PV
RMS
面形精度的评价
1．PV值：是表面形貌的最大峰谷值 2．RMS值：是表面形貌的均方根值，RMS的定义是：
RMS v2
N 1
v xi T
T xi
N
xi单次测值 N重复测定次数
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三、实验光路
同实验——精密位移量的激光干涉测量方法及实验(加PZT)
数字干涉测量方法 及面形的三维干涉测量及评价
一、实验目的 1. 了解激光干涉的近代方法数字干涉技术的原
理和方法； 2. 掌握干涉的实时检测技术； 3. 了解数字干涉方法的特点及应用场合； 4. 了解表面三维形貌的高精度实时测量原理； 5. 实测一个平面光学零件的表面形貌并对评价指标
PV，RMS的定义有所掌握。
四、实验记录
被测工件：平面镜
序号
PV
RMS
EM
等高图（凹 或凸）
1
2
3
4
6
五、思考题
1. 采用下列方法可以提高测量精度吗? a. 增加一个周期内的台阶数(n)； b. 增加扫描的周期数(p)
2. 测量精度一般由测量正确性和测量重复性组成，试分析增加n或p的 作用以及利弊关系
3. 试分析决定数字干涉仪测量准确性的因素和提高测量准确性的主要 方法
1
二、实验原理
随着电子技术与计算机技术的发展，并与传统的干涉检测方法结合， 产生了一种新的位相检测技术数字干涉技术，这是一种位相的实 时检测技术。这种方法不仅能实现干涉条纹的实时提取，而且可以利 用波面数据的存储功能消除干涉仪系统误差，消除或降低大气扰动及 随机噪声，使干涉技术实现/100的精度，这是目前干涉仪精度最高的
近代方法。
4
光源
L1
L2 1
2
3
驱动器
计算机
软件
数字干涉系统
L1准直物镜，L2成像物镜，1被测件，2参考镜， 3压电器件（PZT），4成像光电器件（CMOS）
2
参考镜2由压电陶瓷PZT驱动，产生位移。此位移的频率与 移动量由计算机控制。设参考镜的瞬时位移为li，被测表面 的形貌（面形）为w(x,y)，则参考光路和测试光路可分别 用下式表示：