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激光差动共焦透镜中心偏的自动测量

光学精密工程 2023年第23期31卷 3405-3413页

作者：王伟杜卓程然赵维谦王允邱丽荣北京理工大学光电学院复杂环境智能感测技术工信部重点实验室北京100081

针对现有中心偏差测量方法中测量精度低、透镜姿态调整人为干扰大的问题,提出一种差动共焦透镜中心偏自动测量方法。该方法通过差动共焦定焦技术,依据差动共焦轴向光强响应曲线的过零点精确对应被测镜特征点这一特性,实现对被测镜猫眼... 详细信息

针对现有中心偏差测量方法中测量精度低、透镜姿态调整人为干扰大的问题,提出一种差动共焦透镜中心偏自动测量方法。该方法通过差动共焦定焦技术,依据差动共焦轴向光强响应曲线的过零点精确对应被测镜特征点这一特性,实现对被测镜猫眼点及共焦点的精准定位;通过高精度气浮转轴驱动被测镜旋转,用位移传感器、圆光栅记录被测镜的位置信息,结合五维位姿自动调整机构,实现对被测镜姿态的高精度校正,消除姿态偏差,提高测量精度;最终,搭建了激光差动共焦透镜中心偏自动测量系统,实现了透镜中心偏的高精度自动测量。实验结果表明:透镜中心偏的测量精度可达0.41%,测量重复性优于100 nm。与现有的人工单次测量相比,该方法的测量重复性较好、随机误差小、测量精度高,为高精度透镜中心偏自动测量提供了一种技术途径。

关键词：激光测量差动共焦中心偏自动调整自动测量姿态偏差

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激光差动共焦曲率半径快速测量方法

光学技术 2022年第5期48卷 566-571页

作者：李金金李琦崔健邱丽荣王允杨帅北京理工大学光电学院光学测量实验室北京100081

针对大批量球面光学元件曲率半径的快速、高精度、非接触测量难题,提出一种基于差动共焦技术的批量元件曲率半径快速测量方法。先将一已知曲率半径的样件S在其共焦位置进行扫描定焦,获取其差动共焦曲线和线性段方程;依次装卡同批次被测... 详细信息

针对大批量球面光学元件曲率半径的快速、高精度、非接触测量难题,提出一种基于差动共焦技术的批量元件曲率半径快速测量方法。先将一已知曲率半径的样件S在其共焦位置进行扫描定焦,获取其差动共焦曲线和线性段方程;依次装卡同批次被测元件S_(l)-S_(n)并无扫描地获得其离焦量;根据样件曲率半径和被测件离焦量换算出被测样品曲率半径。仿真和实验表明,精度可达12.2ppm,同时测量速度比传统式差动共焦曲率半径扫描系统提高59倍。方法仅需1次扫描和N次快速装卡即可实现N件球面元件曲率半径的快速、高精度、非接触式检测,为大批量球面元件的高效率、高精度加工检测提供全新途径。

关键词：差动共焦曲率半径快速测量

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基于差动共焦的倾角测量传感器

液晶与显示 2023年第11期38卷 1481-1489页

作者：王廷煜王之一杨永强糜小涛王建立姚凯男程雪中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 吉林省智能波前传感与控制重点实验室吉林长春130033 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 济南国科医工科技发展有限公司山东济南250102

为了解决传统激光差动共焦显微镜(LDCM)无法在测距的同时,进行高精度倾斜角度测量的问题,提出了一种基于差动共焦的倾角测量传感器。在对倾斜表面进行测量时,该传感器首先利用轴向扫描获取的差动响应信号精准定位其焦点位置,然后分析显... 详细信息

为了解决传统激光差动共焦显微镜(LDCM)无法在测距的同时,进行高精度倾斜角度测量的问题,提出了一种基于差动共焦的倾角测量传感器。在对倾斜表面进行测量时,该传感器首先利用轴向扫描获取的差动响应信号精准定位其焦点位置,然后分析显微镜光瞳面场强分布并提取光斑图像的峰值位置,从而实现对倾角的精准测量。首先,建立聚焦光束经倾斜待测面反射后的光场分布模型,对不同倾斜角度下显微镜光瞳面的场强分布情况进行分析。然后,在分析倾斜光斑特征的基础上,提出了采用改进Meanshift算法进行光斑峰值位置提取的方法。最后,通过实验验证了传感器对倾角测量的有效性。实验结果表明,传感器对倾斜程度(0~8°)测量平均误差为0.011°,对倾斜方向(0~360°)的测量平均误差为0.128°,能够满足利用差动共焦非接触光学探针对三维表面进行检测的过程中,对待测表面倾斜角度测量的要求。该传感器为自由曲面的高精度轮廓测量提供了一种新的方法。

关键词：非接触光学探针差动共焦三维检测倾斜测量峰值提取

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五维自动调整差动共焦间隙测量方法

光学技术 2023年第6期49卷 692-698页

作者：崔明拓邱丽荣崔健杨帅北京理工大学光电学院“复杂环境智能感测技术”工信部重点实验室北京100081

为精确、快速测量镜组内各透镜间的轴向间隙,提出一种基于五维自动调整的差动共焦间隙测量方法。该方法根据CCD探测器实时获取的光斑信号检测被测镜组光轴的平移偏差与倾斜偏差,依据偏差信息、通过五维自动调整技术实现镜组高精度调整,... 详细信息

为精确、快速测量镜组内各透镜间的轴向间隙,提出一种基于五维自动调整的差动共焦间隙测量方法。该方法根据CCD探测器实时获取的光斑信号检测被测镜组光轴的平移偏差与倾斜偏差,依据偏差信息、通过五维自动调整技术实现镜组高精度调整,再利用差动共焦高精度层析定焦和镜组内部光线追迹实现轴向间隙高精度测量。分析和实验表明,本方法可以有效提高姿态调整效率3.4倍,透镜间隙重复测量精度可达到0.53μm。该方法为实现镜组间隙的快速高精度测量提供了有效途径,同时还为透镜的中心厚度、焦距、半径等多种参数快速高精度测量提供了有效方法。

关键词：五维自动调整镜组轴向间隙差动共焦高精度

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激光差动共焦拉曼光谱高分辨图谱技术进展

光学学报 2023年

作者：邱丽荣崔晗王允徐可米赵维谦复杂环境智能感测技术工信部重点实验室北京理工大学光电学院

激光共焦拉曼光谱技术由于具有分子指纹及层析成像特性，成为探索微观分子世界的重要手段；但受原理限制,激光共焦拉曼光谱技术的分辨力及图谱成像能力逐渐桎梏了其发展。近年来，围绕激光共焦拉曼光谱技术性能改善，本研究团队基于发... 详细信息

激光共焦拉曼光谱技术由于具有分子指纹及层析成像特性，成为探索微观分子世界的重要手段；但受原理限制,激光共焦拉曼光谱技术的分辨力及图谱成像能力逐渐桎梏了其发展。近年来，围绕激光共焦拉曼光谱技术性能改善，本研究团队基于发明的超分辨激光差动共焦技术，提出了激光差动共焦拉曼图谱成像系列新方法和新技术。本文系统地介绍了所提出的激光差动共焦拉曼图谱系列测量方法及其仪器化研究进展，并对未来发展方向进行了评述和展望。

关键词：共焦拉曼光谱高分辨图谱成像差动共焦

激光差动共焦拉曼光谱高分辨图谱成像技术进展

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光学学报 2023年第15期43卷 385-398页

作者：邱丽荣崔晗王允徐可米赵维谦北京理工大学光电学院北京100081 北京理工大学复杂环境智能感测技术工业和信息化部重点实验室北京100081

激光共焦拉曼光谱技术由于具有分子指纹及层析成像特性,成为探索微观分子世界的重要手段;但受原理限制,现有激光共焦拉曼光谱技术的分辨力及图谱成像能力逐渐桎梏了其发展。近年来,围绕激光共焦拉曼光谱技术性能改善方面,本研究团队基... 详细信息

激光共焦拉曼光谱技术由于具有分子指纹及层析成像特性,成为探索微观分子世界的重要手段;但受原理限制,现有激光共焦拉曼光谱技术的分辨力及图谱成像能力逐渐桎梏了其发展。近年来,围绕激光共焦拉曼光谱技术性能改善方面,本研究团队基于发明的超分辨激光差动共焦技术,提出了激光差动共焦拉曼图谱成像系列新方法和新技术。系统地介绍所提激光差动共焦拉曼图谱系列测量方法及仪器化研究进展,并对未来发展方向进行了评述和展望。

关键词：共焦拉曼光谱高分辨图谱成像差动共焦

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差动共焦显微成像高稳定三维扫描技术与系统

光学技术 2017年第3期43卷 212-216,221页

作者：舒攀盛忠邱丽荣赵伟瑞赵维谦北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081

激光差动共焦显微镜具备高空间分辨率特点,但因其逐点扫描成像方式,扫描时间长,易受三维扫描系统不稳定和环境干扰等影响,产生系统漂移,影响仪器的空间分辨率。利用楔块机构高稳定特点,结合刹车机构的自由抱闸特性,设计了一种新型的轴... 详细信息

激光差动共焦显微镜具备高空间分辨率特点,但因其逐点扫描成像方式,扫描时间长,易受三维扫描系统不稳定和环境干扰等影响,产生系统漂移,影响仪器的空间分辨率。利用楔块机构高稳定特点,结合刹车机构的自由抱闸特性,设计了一种新型的轴向升降机构,由此构建了结构更具稳定特性的电动三维扫描系统。稳定性实验验证在搭建的激光差动共焦显微镜上进行,经过监测系统在90min内的轴向位置,轴向漂移小于50nm,与原三维扫描系统漂移140nm对比,漂移速度明显减慢,稳定性有显著提升,进而明显改善了差动共焦显微成像效果。

关键词：光学测量差动共焦三维扫描楔块机构高稳定

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激光差动共焦曲率半径测量系统的研制

仪器仪表学报 2011年第12期32卷 2833-2838页

作者：孙若端邱丽荣杨佳苗赵维谦北京理工大学光学测量研究中心北京100081

针对国内高精度曲率半径计量需求,研制一套激光差动共焦曲率半径测量系统。该系统采用差动共焦定焦技术,利用轴向光强响应曲线的过零点精确对应物镜聚焦焦点这一特性,借助过零点对被测件的猫眼和共焦位置进行精密瞄准定位,通过干涉测长... 详细信息

针对国内高精度曲率半径计量需求,研制一套激光差动共焦曲率半径测量系统。该系统采用差动共焦定焦技术,利用轴向光强响应曲线的过零点精确对应物镜聚焦焦点这一特性,借助过零点对被测件的猫眼和共焦位置进行精密瞄准定位,通过干涉测长技术获取两点间的距离,继而实现曲率半径的高精度测量。该测量系统的机电控制由主控软件完成,可实现机电扫描、数据采集及数据处理,自动化程度高。实验证明,该系统定焦灵敏度高,受环境波动影响小,测量精度可达3×10-6,满足了高精度曲率半径的计量需求。

关键词：差动共焦曲率半径定焦

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超精密回转运动误差测量方法与技术

计量科学与技术 2024年第2期68卷 16-29页

作者：倪赫孙厚军朱凯强董贤平高守锋安东阳北京理工大学集成电路与电子学院北京100081 北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京星航机电装备有限公司测试中心北京100074

高超精密回转轴在高端装备中应用广泛,而回转运动误差会影响这些设备的精度。第一类传统的回转运动误差测量技术往往需要一个高精度标准器件作为参考,由于标准器形状误差的限制,其不可避免地降低了回转运动误差测量精度,而误差分离技术... 详细信息

高超精密回转轴在高端装备中应用广泛,而回转运动误差会影响这些设备的精度。第一类传统的回转运动误差测量技术往往需要一个高精度标准器件作为参考,由于标准器形状误差的限制,其不可避免地降低了回转运动误差测量精度,而误差分离技术又很繁琐且费时。第二类基于光学方法回转运动误差测量技术则无法获得高测量精度并且难以获得轴向运动误差。分析了超高精度非球面测量仪器中回转运动误差的影响,并概述了现有两类回转运动误差测量方法。最后分析了所提出的基于复合激光靶标的回转运动误差测量方法,该方法可以测量转轴在运动过程中五个自由度误差,具体包括轴向、径向和角度误差。在这种方法中,建造了一个包含激光点光源和激光准直光束的复合激光靶标,并将其安装在转轴上作为参考基准,其用于标记转轴在回转过程中的位置,通过测量复合激光靶标的位置和角度来获得转轴的姿态。差动共焦显微测量技术被用于测量激光点光源的轴向位置,以获得转轴的轴向误差;传统显微光路用于测量激光点光源的径向位置,以获得转轴的径向误差;准直测量光路用于获得激光准直光束的角度,以获得转轴的角度误差。对轴向和径向误差的分辨力分别为4 nm和2 nm,对角度误差的分辨力为0.2μrad。此外,该方法还在空气转轴上进行了测试,并证明了在使用该方法获得转轴运动误差的可行性。综上,该方法通过光学参考装置替代传统标准器件来获得转轴误差,而无需额外的误差分离过程。在超高精度测量设备中,该方法有利于实现回转运动误差的实时监测,有望在超精密加工和测量等领域进行更多实际应用。

关键词：计量学超精密回转轴设备精度回转运动误差光学测量差动共焦