【儀表網 研發快訊】 近日，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部魏朝陽研究員團隊，在大曲率光學表面精密測量方面取得進展，相關成果以“Deformation-driven adaptive fringe deflectometry for measurement of surfaces with large local curvature”為題，發表于Optics and Lasers in Engineering。
相位偏折術具有非接觸、大動態范圍、高魯棒性等優勢，適用于光學復雜表面面形檢測，是當前超精密檢測領域的重要發展方向。然而傳統相位偏折術采用均勻頻率條紋，在測量局部大曲率元件表面時會發生條紋局部壓縮與混疊，降低全口徑表面中低頻表征能力。使用低頻條紋雖然可以提升大曲率區域測量穩定性，但會犧牲平緩區域的相位靈敏度，難以兼顧全口徑測量性能。針對上述挑戰，研究團隊提出了一種形變驅動的變頻相位偏折測量方法。該方法首先利用低頻條紋建立待測鏡的相機-屏幕像素映射關系，并基于該映射形變場的雅可比矩陣構建像素級空間頻率模型，將理想相機端目標頻率逆向映射至屏幕端，實現條紋頻率的全場自適應調控(圖1)，進而實現全口徑中低頻形貌信息高精度解調。
實驗結果表明，該方法在測量具有塌邊的局部大曲率光學元件時，有效抑制了邊緣區域的條紋混疊現象，實現了全口徑范圍內的三維面形穩定重建。相比于傳統高頻條紋方法在全口徑測量中的失效(圖2)，本方法全口徑測量殘差均方根(RMS)為89.07 nm，測量精度提高了66倍。相比于傳統低頻條紋方法，本方法在中間平緩區域實現了3.53 nm的殘差RMS，測量精度提高了4倍(圖3)。
相關研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項、中國科學院青年創新促進會會員、國家自然科學青年基金項目的支持。
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圖1 形變驅動的變頻相位偏折測量方法流程圖
圖2 不同PMD方法全口徑測量結果對比
圖3 不同PMD方法中間平緩區域測量結果對比
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