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20世纪60年代以来,工业生产有了很大的发展,特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业兴起后,各种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术与仪器,促进了体现三维测量技术的三坐标测量机的诞生。近几十年来,机械制造工艺、数控技术、数值优化理论、程序软件开发环境及光信息技术的快速提高与发展,使得三坐标测量机也得到了迅速的发展和进一步的完善。
如今,三坐标测量机的应用领域也变得日益广泛。在现有的三坐标测量机中,选用激光干涉测量系统的三坐标测量机的测量精度较高,但激光干涉测量系统中存有阿贝偏置,在测量过程中会产生阿贝系统误差,为了减少三坐标测量中的Abbe误差,最近提出一种新的相位测量体积干涉仪(也称为点衍射干涉仪),干涉仪由一个移动的测头和一个固定的探测器阵列组成,移动的测头上有两个点衍射源,发出两个相干球面波前,其干涉条纹由探测器阵列接收。采用相移技术获得阵列上条纹精确的相位分布,并与两个球面波前干涉的理论模型拟合,通过迭代计算使拟合误差最小化来确定测头的XYZ坐标位置。本文围绕点衍射干涉测量进行了相关的研究,主要内容如下:
1、在相移算法的点衍射干涉术的基础上,将Fourier变换相位测量和点衍射干涉测量理论相结合,提出了基于傅里叶变换的点衍射干涉测量术。基于傅里叶变换的点衍射干涉测量术是一种建立在点光源衍射干涉理论基础上的测量方法。它采用傅里叶条纹分析方法来求解干涉条纹的相位分布,运用基于BFGS的拟牛顿算法进行三坐标的迭代计算,确定点光源的三维空间坐标。
2、详细分析了基于相移算法的点衍射干涉术。介绍了非线性无约束最优化问题的最优条件,迭代终止准则。还介绍了几种常用的线性搜索方法和下降算法,并给出了相应的算法。根据其不同的适应特性找出了适合本实验模型的优化算法,并给出了算法流程图。
3、进行了计算机仿真实验。文章模拟了在无随机干扰噪声和有随机干扰噪声两种情况下,相移算法的点衍射干涉术和基于傅里叶变换的点衍射干涉术的实验。通过对比实验结果得出:基于傅里叶变换的点衍射干涉术,在有随机噪声干扰的情况下,可以有效的降低干扰噪声对测量的影响。