Analýza a vývoj nových algoritmů pro interferome-try s nízkou nejistotou měření

Ing. Marek Stašík

Disertační práce

Anotace:

Disertační práce je věnována inovativním metrologickým metodám pro ultrapřesné měření tvarů ploch optických elementů. Konkrétně jsou řešeny problémy, které jsou spojeny s měřením velkých nebo asférických optických ploch, kde hraje roli numerická apertura měřidla a chyba trasování paprsků. Byly vyvinuty nové metody eliminace chyby trasování při měření asférických povrchů. Vyvinuté metody jsou založené na využití přesného modelu optické soustavy. Spolu s nimi byla vyvinuta sada kalibračních metod pro kalibraci modelu interferometru. Měření rozměrných optických ploch je řešeno pomocí takzvané sešívací interferometrie, kdy je tvar povrchu měřen v různých místech tak, aby byla získána data z celé plochy v oddělených avšak překrývajících se oblastech, a následně je provedeno skládání jednotlivých pod oblastí (sub-apertur) do celkové výškové (tvarové) mapy. Výzkumná činnost se věnuje vývoji nového rychlého algoritmu pro eliminaci chyb v překryvech sousedních sub-apertur pro dosažení perfektních chybami nezatížených výsledků měření. Předložená práce shrnuje výsledky rešerše metod korekce chyby trasování a algoritmů skládání sub-apertur, analýzu a popis nových navržených metod, popis metod pro simulační ověření vyvíjených metod a výsledky vybraných experimentů. V předkládané práci nejsou detailně diskutovány pokročilé výpočetní funkce, knihovny a moduly, které musel autor vyvinout pro dostatečně rychlé paralelní výpočty, které jsou prováděny na grafické kartě GPU s více než 15000 výpočetními jádry.

Abstract:

The dissertation is devoted to innovative metrological methods for ultra-precise measurement of optical element surface shapes. Specifically, the problems associated with the measurement of large or aspherical optical surfaces, where the numerical aperture of the measurement device and the ray tracing error play a role, are addressed. New methods of eliminating the tracing error in the measurement of aspherical surfaces have been developed. The developed methods are based on the use of an accurate model of the optical system. Together with them, a set of calibration methods for interferometer model calibration has been developed. The measurement of large optical surfaces is handled by so-called stitching interferometry, where the shape of the surface is measured at different locations so that data from the entire surface is obtained in separate but overlapping regions, and then the individual sub-regions are joined to form an overall height (shape) map. The research activity is devoted to the development of a new fast algorithm for eliminating errors in the overlays of adjacent sub-apertures to achieve perfect error-free measurement results. The presented work summarizes a current state of the art of trace error correction methods and sub-aperture stitching algorithms, analysis and description of the new proposed methods, description of methods for simulation validation of the developed methods and results of selected experiments. Not discussed in detail in the present work are the advanced computational functions, libraries and modules that the author had to develop for sufficiently fast parallel computations, which are performed on a GPU card with more than 15000 computation cores.

Klíčová slova

interferometrie, sub-aperturní skládání, metrologie, chyba trasování, asférická plocha

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 13. 2. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Vít Lédl, Ph.D.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Doktorský studijní program / obor:
Aplikované vědy v inženýrství / Aplikované vědy v inženýrství