光纤式色散共焦三维测量系统及算法比较研究
Fiber-coupled Chromatic Confocal 3D Measurement System and Comparative Study of Spectral Data Processing Algorithms
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文摘
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利用Zemax优化设计了结构简单、低成本的非球面色散镜组,搭建了光纤式色散共焦三维测量软硬件系统。结合实验测试数据定量比较了峰值法、质心法、高斯拟合法和样条插值法的色散共焦光谱响应峰值波长提取性能,通过轴向分辨率和位移精度测试实验对比分析了两种测量曲线标定方法对于系统测量性能的影响。实验结果表明:系统轴向测量范围为1 mm,高斯拟合法在四种峰值波长提取算法中精度较高且适应性更好,两种标定方法对应的轴向分辨率均达到0.2 μm,在整个量程范围内,位移测量精度优于1%;对厚度为0.219 mm的石英玻璃进行测量,均值的相对误差为0.5 %。利用该系统实际测量了台阶结构、柔性电极和MEMS器件的三维形貌,充分验证了本系统可实际应用于三维微观形貌和透明材料厚度的高精度测量。 |
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A simple aspheric chromatic dispersion lens group of low cost is designed using Zemax,and an integrated fiber-coupled chromatic confocal 3D measurement system is developed. Performances of four peak wavelength extraction methods,i.e. the maximum method,centroid method,Gaussian fitting method and spline interpolation method,have been compared and analyzed quantitatively. In addition,calibration accuracy of Gaussian fitting method and spline interpolation method is tested and compared through the axial resolution and displacement measurement experiments. The experimental results show that the axial measurement range of the built system is 1 mm. The Gaussian fitting method has higher accuracy and better stability among the four peak extraction algorithms. The axial resolution of the system using Gaussian fitting based and spline interpolation based calibration methods can both reach 0.2 μm and the displacement measurement accuracy is better than 1% within the whole measurement range;a quartz glass with a thickness of 0.219 mm is measured,and the relative measurement error of the average value is 0.5%. Finally,the developed system is applied to the 3D surface measurement of a step structure,a flexible electrode and a MEMS unit,and the experimental results indicate that the proposed system can perform high-precision 3D measurements of complex microstructures and transparent material thicknesses. |
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来源
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光子学报
,2021,50(11):1112001 【核心库】
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DOI
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10.3788/gzxb20215011.1112001
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关键词
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色散共焦
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三维测量
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光谱色散
;
膜厚
;
标定
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地址
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1.
西安交通大学, 机械制造系统工程国家重点实验室, 西安, 710049
2.
中国科学院西安光学精密机械研究所, 中国科学院超快诊断技术重点实验室, 西安, 710119
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语种
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中文 |
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文献类型
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研究性论文 |
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ISSN
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1004-4213 |
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学科
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机械、仪表工业 |
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基金
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陕西省重点研发计划
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陕西省科技创新团队
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文献收藏号
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CSCD:7111202
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参考文献 共
25
共2页
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1.
王腾. 振镜激光扫描测量系统误差分析与补偿.
光学学报,2020,40(23):2315001
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CSCD被引
9
次
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2.
Hu Pengyu. Accurate and dynamic 3D shape measurement with digital image correlation-assisted phase shifting.
Measurement Science and Technology,2021,32(7):075204
|
CSCD被引
5
次
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|
3.
毛洁. 曲率半径干涉测量定焦误差分析.
光子学报,2015,44(7):0712003
|
CSCD被引
2
次
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|
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|
4.
Minsky M.
Microscopy apparatus:US,3013467,1961
|
CSCD被引
1
次
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|
5.
谭久彬.
三维高分辨率共焦显微成像与测量技术理论,2014
|
CSCD被引
3
次
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6.
刘涛.
矢量衍射远场超分辨聚焦相关理论及共焦显微成像研究,2014
|
CSCD被引
3
次
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|
7.
张昭琳. 光学薄膜损伤表面三维微观形貌的仿真与重构.
光学学报,2021,41(2):0212002
|
CSCD被引
7
次
|
|
|
|
|
8.
Garzon R J. Chromatic confocal microscopy by means of a continuum light generated through a standard single-mode fibre.
Journal of Optics A:Pure and Applied Optics,2004,6(6):544-548
|
CSCD被引
2
次
|
|
|
|
|
9.
Chen Yichang. Using chromatic confocal apparatus for in situ rolling thickness measurement in hot embossing process.
SPIE. 7767,2010:77670P
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
10.
Olsovsky C. Chromatic confocal microscopy for multi-depth imaging of epithelial tissue.
Biomedical Optics Express,2013,4(5):732-740
|
CSCD被引
10
次
|
|
|
|
|
11.
Molesini G. Focus-wavelength encoded optical profilometer.
Optics Communications,1984,49(4):229-233
|
CSCD被引
19
次
|
|
|
|
|
12.
付戬.
基于色散共焦传感器的航空叶片型线测量,2019
|
CSCD被引
1
次
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|
13.
杨柳青.
基于光谱共焦法的三维表面轮廓测量系统研究,2018
|
CSCD被引
2
次
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|
14.
刘伯奇.
基于彩色光谱共焦的轮廓及厚度精确测量,2018
|
CSCD被引
3
次
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15.
杨锐. 光谱共焦三维形貌仪用超大色散线性物镜组设计.
强激光与粒子束,2018,30(5):170521
|
CSCD被引
1
次
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16.
武芃樾.
光谱共焦位移传感器设计技术研究,2012
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CSCD被引
7
次
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17.
周勇. 透镜中心厚度测量系统出射光光谱的研究.
激光与光电子学进展,2015,52(8):081202
|
CSCD被引
3
次
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18.
崔长彩. 彩色共焦系统可调制色散物镜设计.
光学精密工程,2017,25(4):875-883
|
CSCD被引
2
次
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19.
王津楠. 基于白光LED的光谱共焦位移传感器.
中国测试,2017,43(1):69-73
|
CSCD被引
5
次
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20.
马敬. 光谱共焦位移传感器线性色散物镜设计.
中国激光,2019,46(7):0704009
|
CSCD被引
5
次
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