在光滑表面缺陷检测过程中, 调制度可以用来标记缺陷位置。为了提高缺陷检测的准确性, 提出了一种基于扇形条纹的调制度检测方法, 该方法对缺陷位置和方向有更高的灵敏度, 适用于多种类型的缺陷检测。首先, 由变形条纹解调得到调制度图, 调制度的高低可判断是否存在缺陷, 再基于调制度图产生新的质量图——调制度-相位梯度偏差质量图, 由此可以识别出缺陷位置。8组对比实验表明, 同一实验环境下, 基于扇形条纹的调制度缺陷检测方法不仅能检测出单一走向的缺陷, 对复合走向的缺陷检测效果也很好, 能更完整地检测缺陷, 同时检测缺陷的精确度达到了0.07 mm。与传统的机器视觉方法和水平/垂直/圆形条纹检测法相比, 本文所提出的扇形调制度法具有更高的灵敏度和准确性。

为提高小口径非球面硫系玻璃镜片热压成型质量, 避免成型缺陷, 通过热压过程的有限元分析, 提出了一种新的非等温热压成型法。在上模仁和上加热板之间设置加热间隙, 对上、下加热板设置不同的加热温度, 以实现玻璃预形体的非等温加热。首先, 根据硫系玻璃高温粘弹性本构模型和热传递模型, 结合相关参数建立了镜片热压过程的有限元模型; 接着, 采用所建立的模型, 分析了非等温温差对玻璃预形体内部的温度分布、成型镜片最大残余应力分布及轮廓偏移量的影响, 以确定最佳的温差值; 最后, 进行了镜片的非等温热压成型实验, 并将仿真和实验结果进行了对比研究, 以验证仿真模型和结果的有效性。仿真与实验结果均表明, 最佳的非等温温差值为10 ℃。该条件下, 仿真获得的玻璃预形体内部温度差仅为2.6 ℃, 成型镜片最大残余应力可减至3.375 MPa, 成型镜片ASP1和ASP2的轮廓偏移量最大值分别为0.562 μm和0.615 μm; 实验获得的成型镜片ASP1和ASP2的PV值分别为118.2、194.0 nm, Ra值分别为17.0、37.8 nm, 轮廓偏移量最大值分别为0.583、0.644 μm, 均满足精度要求。仿真与实验结果具有较好的一致性, 采用合理的温差值进行镜片的非等温热压成型, 可有效降低玻璃预形体内部温度差及成型镜片最大残余应力, 避免粘连、气泡等成型缺陷, 提高成型镜片的精度。

为实现小口径双非球面硫系玻璃镜片的高精度批量制造, 通过仿真与实验, 对镜片模压成型冷却阶段的冷却间隙进行了研究, 揭示了其对镜片成型质量的影响规律。首先, 对硫系玻璃模压成型的高温粘弹性力学模型、结构松弛模型以及界面热传递模型进行了分析, 并将其应用于仿真研究; 其次, 对目标镜片进行了模压成型仿真, 探讨了冷却间隙条件对镜片内部温度、应力分布以及轮廓偏移量的影响; 最后, 进行了与仿真研究相对应的模压成型实验, 分析了冷却间隙条件对成型镜片表面形状精度PV、表面粗糙度Ra及轮廓偏移量的影响, 并将仿真与实验结果进行了对比研究, 以验证仿真模型和结果的有效性。仿真分析结果表明: 冷却间隙为0.1 mm时, 镜片冷却后应力最小, 为3.897 MPa; 成型镜片非球面ASP1和ASP2的轮廓偏移量最大值分别为1.054 μm和0.858 μm。实验结果表明: 冷却间隙为0.1 mm时, 模压得到的成型镜片表面质量最好, ASP1和ASP2的PV值分别为170.8 nm和223.6 nm, Ra值分别为22.7 nm和24.9 nm, 轮廓偏移量最大值分别为0.896 μm和0.738 μm。因此, 可确定最小冷却间隙为0.1 mm。仿真与实验结果具有较好的一致性, 冷却间隙对小口径双非球面硫系玻璃镜片的成型质量有一定的影响, 确定最小冷却间隙可有效提高成型镜片的表面质量。

基于不同梯度数据噪声, 研究讨论了几种典型的梯度积分算法, 并提出了一种改进的Southwell全局积分算法.以重建面形和原始面形的相似度、均方根误差作为算法性能参数, 对梯度数据进行模拟测试.搭建条纹反射实验平台, 对标准凹球面反射镜进行积分重建, 并将条纹反射法测量结果和实际元件参数进行对比.实验结果表明: 用改进的Southwell算法重建的凹球面的半径误差为0.09%, 结构相似度大于0.999, 其重建速度为原算法的1.2倍.改进后的Southwell算法相较于传统的积分算法, 获得了更高的重建质量和重建效率, 满足镜面物体测量的非接触、精度高、稳定性强等要求.

为实现小口径双非球面硫系玻璃镜片的精密模压成型制造, 通过正交模压成型实验, 研究了相关工艺参数对成型镜片质量的影响规律。首先, 介绍了模压成型过程和用于实验的PFLF7-60A型多工位模压成型机床, 并根据非球面曲线公式设计了目标镜片。然后, 选定了一种环保型硫系玻璃IRG205, 通过VFT方程拟合了玻璃粘度与温度之间的关系, 确定了模压温度, 并对各工位实验参数进行了设置。最后, 利用无镀膜模具及球形预形体进行了正交模压成型实验, 分析了实验条件下模压温度、加压载荷及保持压力等成型工艺参数对镜片成型质量(形状精度PV、表面粗糙度Ra及轮廓偏移量)的影响规律, 并获得了优化的成型工艺参数。结果显示: 在优化的工艺参数下, 成型镜片ASP1和ASP2的PV值分别为129.2 nm和174.8 nm, Ra值分别为19.6 nm和25.6 nm, 轮廓偏移量分别为0.614 μm和2.682 μm, 基本满足镜片高精度应用的要求, 为小口径双非球面硫系玻璃镜片的高精度批量制造提供了参考和依据。

基于雅敏干涉装置，提出一种新的可变载频（条纹频率可调）的径向剪切干涉仪。该干涉仪主体由两块雅敏干涉平板、两对可旋转双光楔、两个可变比例的扩束镜组成；双光楔用于调节条纹周期，以获取最佳干涉图；两扩束镜的扩束比例可变，以调节最佳剪切量。两块平板加工误差一致，同时所有光楔来源于同一楔板，参数一致，两扩束镜的性能参数也完全相同，光路对称，严格等光程。提出的干涉仪可一次性完成非球面模具的测量；并根据被测面形情况进行条纹周期和剪切量的调节，获得了最佳条纹图。最后，对球面/非球面模具表面进行了测试。结果显示：通过调节双光楔和扩束比，此干涉仪可获得较好的条纹图，为多种非球面模具的进一步高效检测提供了新的思路。

受目前电荷耦合器件(CCD)性能的限制，在数字全息技术中通常采用同轴数字全息记录光路来充分利用CCD的采样空间，以提高数字全息的测量性能，然而同轴数字全息存在再现像与直透光场及其共轭像重叠的问题。为实现同轴数字全息的实时高分辨记录测量，在单步相移倒频谱技术的基础上提出了基于双CCD的单曝光倒频谱相移同轴数字全息技术，并给出了该技术中两个CCD镜像重叠位置调节标定的方法和实现两个CCD并行π/2相移的光路结构方案这两个关键技术。实验结果表明基于双CCD的单曝光倒频谱相移同轴数字全息技术有效解决了再现像与直透光场及其共轭像分离的问题，初步实现了同轴数字全息的实时记录和再现。

为了在任意非平行斜面上重建数字全息像，提出了一种基于角谱旋转变换和插值的数字处理方法，用角谱衍射理论进行了分析，给出了正反旋转两种数字插值方法，基于旋转变换信息量不变的原则分析了倾斜面上的抽样间隔取值范围，其大小取决于斜面带宽和全息图空间带宽积大小。实现了在71°倾斜物面上的全息重建，消除了倾斜造成的局部离焦现象，同时验证了算法在斜面上抽样间隔取值范围。