Диссертация (1025359), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

3.3. Иллюстрация к выбору угла подсветки ЗГС одной стороны, расстояние h от плоскости контролируемой защитнойголограммы до плоскости линейки ПЗС выбирается из конструктивныхсоображений, а именно, с учётом размеров линейки ПЗС и требованийминимизации расстояния между регистрируемыми главными максимумами.Формула для выполнения данного условия имеет видh≤l ЛПЗС.2tg β max(3.6)С другой стороны, расстояние h должно определяться таким образом,чтобы выполнялось условие дифракции Фраунгофера [34]h >>где( N ⋅ Tx )16λ2,(3.7)Tx – период элементов линейки ПЗС.Параметры блока лазерных диодов с системой формирования пучковизлученияДлины волн излучения лазерных диодов должны выбираться изсоображенийминимизациидиапазонанеоднозначностикалибровочной133зависимости, а также минимизации методической погрешности измеренияглубины рельефа.Во второй главе было показано, что при увеличении длины волныизлучения влияние случайных искажений рельефа на значение интенсивности в1-ом и 2-ом главных максимумах дифракционной картины уменьшается.

Вчастности, происходит ослабление интенсивности в обоих главных максимумахболее чем в 2 раза при подсветке излучением на длине волны λ = 0,65 мкм посравнению с предыдущим вариантом, когда для подсветки использовалсяисточник излучения с длиной волны λ = 0,405 мкм .Поэтомурекомендуетсяиспользоватьблоклазерныхдиодовснесколькими длинами волн излучения, для минимизации методическойпогрешностиизмеренияглубинырельефадляразличныхзначенийпространственного периода элементарных ДР контролируемой ЗГ.

Например,можно использовать лазерные диоды, с длинами волн излучения 0,405 мкм;0,532 мкм и 0,65 мкм. Предлагается для минимизации методическойпогрешностиизмерениямноговариантногоанализаглубинысрельефаиспользованиемприменитьразработаннойпроцедуруавторомпрограммы для расчёта распределения интенсивности в главных максимумахдифракционной картины с учётом случайных искажений рельефа.Оптическая система формирования пучка подсветки элементарных ДРдолжна обеспечивать равномерность области контролируемой зоны ЗГ. Размерзоны подсветки не должен превышать габаритных размеров элементарных ДР,порядка (10...50) мкм. Это условие должно выполняться при разработкеоптической системы формирования пучка подсветки.Параметры линейки ПЗСОсновными параметрами линейки ПЗС, которые требуется определить впроцессе проектирования, являются: период Tx расположения чувствительныхэлементов – пикселей, габаритные размеры ax × a y пикселей, количество134пикселейNx ,EП– пороговая освещённость, частота ν kсчитыванияинформации.Значение периода Tx расположения пикселей влияет на погрешностьопределения пространственного периода T0 контролируемых ДР ЗГ, так какданный параметр вносит неопределённость в определение пространственныхкоординат x1 и x2 первого и второго главных максимумах дифракции вплоскостичувствительныхэлементовлинейкиПЗС.Выражениедляопределения периода Tx имеет видTx ≤ δβ2 ⋅ h ,cos β max(3.8)где δβ – погрешность измерения угловых координат главных максимумов,βmax – максимальный угол главного максимума дифракционной картины,который может быть зарегистрирован линейкой ПЗС.Ниже приведён вывод математического выражения для определенияпогрешности измерения угловых координат главных максимумов.

Используяформулу(3.4),запишемвыражениедляпространственногопериодаконтролируемой ДР ЗГ с учётом погрешности δβT0* =λsin ( β1 + δβ ) − sin ( β 2 + δβ ).(3.9)Погрешность определения пространственного периода определяется, какδ T =T0 − T0* =λsin β1 −sin β 2−()λ(sin β1 +δβ −sin β 2 +δβ).(3.10)Выполнив тригонометрические и алгебраические преобразования и учтя,что сos δβ → 1 , выражение (3.10) можно представить в видеδT =δβ ( cos β1 − cos β 2 )sin β1 −sin β 2.(3.11)135Применив условиеδ T ≤ σ Tдоп , получим формулу для определенияпогрешности измерения угловых координат главных максимумовδβ ≤σдопT(sin β1 − sin β 2 )cos β1 − cos β 22.(3.12)Если при измерении координат изображения главных максимумовиспользуется алгоритм «центра масс», то при пиковом значении отношениясигнала к шуму, превышающем µ0 ≥ 5 , погрешность измерения угловыхкоординат главных максимумов может быть уменьшена примерно в 10 раз [47].Следует отметить, что для современных образцов линеек ПЗСTx ≈ ax ≤ 10 мкм.

Значение параметра N x определяет размер чувствительнойзоны линейки ПЗС и может достигать значений нескольких тысяч.Размер a yчувствительного элемента линейки ПЗС должен бытьсоизмерим с размерами пятна главного максимума дифракционной картины вплоскости чувствительных элементов.Пороговая чувствительность линейки ПЗС является одним из основныхпараметров, который определяет отношение сигнала к шуму при регистрацииинтенсивности в главных максимумах. Как отмечалось в главе 2, глубинарельефа определяется по калибровочной зависимости (см. формулу (2.56))R21 ( d ) = I 2 ( d ) I1 ( d ) .Впроцессевыполненияконтроляпроизводитсяизмерениеинтенсивностей в первом и втором главных максимумах и вычисляется ихотношение, по которому с использованием калибровочной зависимости судят означении глубины рельефа.

Следовательно, погрешность измерения глубинызависит от погрешности вычисления отношения интенсивностей. Кромеслучайных искажений рельефа, на вычисленное значение величины R21 ( d )влияют аддитивные помехи линейки ПЗС. В работе при допущении о большихзначениях µ0 пикового отношения сигнала к шуму выведено выражение,136позволяющее оценить погрешность вычисления отношения измеряемыхвеличин.

Это выражение имеет вид2I1  11 3−+σ D (µ1 ) = ⋅ 2I 2  µ ⋅ I 2 µ1 I2 2 1 4 ⋅  µ1 ⋅  ⋅ µ1I1I1 где0,5(3.13)I1 и I 2 − амплитуды распределения интенсивностей в первом и второмглавных максимумах дифракционной картины, =µ1I1σN− пиковое отношениесигнала к шуму, σ N − СКО аддитивного шума.В качестве иллюстрации на Рис. 3.4 приведены кривые зависимостейСКО отношения измеряемых интенсивностей от пикового отношения сигнала кшуму.

Красная кривая определяет эту зависимость при условии, чтоI1 I 2 = 1 0,7 , т.е. I1 > I 2 , а синяя – при обратном условии, когда I 2 > I1 .Рис. 3.4. ИллюстрациязависимостиСКОотношенияизмеряемыхинтенсивностей от пикового отношения сигнала к шуму137В случае, когда делитель превышает делимое при пиковом отношениисигналакµ0 ≥ 10 , СКО погрешности частного не превышаетшумузначения σ D ≈ 0,025 .Выведеннаяформулапозволяетрассчитатьмощностьлазерныхисточников PЛ , при которой для заданной пороговой освещённости EП = σ Nлинейки ПЗС обеспечивается допустимая погрешность оценки глубинырельефа ДР ЗГ.Параметры ТВ-камеры канала наведенияКанал наведения предназначен для обеспечения позиционирования ЗГотносительновизирнойосиканалаконтроля.Контрольнаведенияосуществляется оператором при наблюдении изображения дизайна ЗГ, либо вавтоматическомрежиме,когдаиспользуютсяалгоритмыселекцииираспознавания зон, подлежащих контролю. В связи с этим при проектированиитребуется обеспечить регистрацию всей поверхности ЗГ при достаточномпространственном разрешении наблюдаемого изображения.

Достаточнымпространственным разрешением в данном случае следует считать такое, прикотором различимы отдельные элементарные ДР или группы ДР.Параметрами, подлежащими определению при проектировании каналанаведения, являются:- параметры матричного приёмника ТВ-камеры, в том числе, периодрасположения пикселей, количество пикселей (формат);- фокусное расстояние объектива ТВ-камеры для требуемого форматаматричного приёмника и пространственное разрешение.Параметрымоторизированнойсистемылинейныхиугловыхперемещений контролируемого образца ЗГПри выборе комплектующих элементов моторизированной системылинейных и угловых перемещений контролируемого образца ЗГ требуется, содной стороны, обеспечить диапазон перемещений, который соответствуеттиповым размерам защитных голограмм, а с другой стороны – достаточную138точностьлинейныхиугловыхперемещений.Погрешностьлинейныхперемещений не должна превышать размеры элементарных ДР ЗГ, апогрешность угловых перемещений не должна превышать значения δθ =ay.ax N xСледует также иметь в виду, что быстродействие приводов линейных иугловых перемещений ограничивает производительность операций контроля сиспользованием данного ОЭП.Параметры компьютераК компьютеру, используемому в составе ОЭП, не предъявляетсяповышенных требований по быстродействию и объёму оперативной памяти.Компьютер может работать под ОС Windows 8 и обеспечивать функцииуправления приводами линейных и угловых перемещений.

Характеристики

Список файлов диссертации