【正文】 ? ?????當被測物尺寸改變 時，相當于狹縫尺寸 改變 ，衍射條紋的位置隨之改變，由式（ 511），則 ??起始衍射條紋中心位置 最后縫寬 變動后衍射條紋中心位置 起始縫寬 現(xiàn)代光學測試技術 單縫衍射 ? 單縫衍射測量的分辨力、準確度和量程 ? 測量分辨力 — 能分辨的最小量值： ? 測量合成標準不確定度 ? 測量量程一般為 ~。 2dd nwwx nR ??2 2 22() nc R xn n nn R n n Ru w u u ux x x???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? He— Ne激光器波長穩(wěn)定度一般優(yōu)于 106，這項誤差可不予考慮。 ? 一般情況下， L和 xk的相對不確定度不超過 %。 ? 取 L=1m， λ=， k=3， xk=10mm，可得到uc(b)=。 ? 實際測量中還包括環(huán)境因素的影響，衍射測量可達到的不確定度一般在 。 現(xiàn)代光學測試技術 四、技術特點 衍射計量在技術上有四個特點 （ 1）靈敏度高 （ 2）精度有保證 （ 3）裝置簡單、操作方便、測定快速 （ 4）可實現(xiàn)動態(tài)的聯(lián)機測量和全場測量，測定時物體不必固定，能為工藝過程提供反饋信號，顯著提高工藝效率 激光下的夫瑯和費衍射條紋十分清析、穩(wěn)定 非接觸測量 采用照相或光電系統(tǒng)測量衍射條紋是可行的，精度可以微米級 現(xiàn)代光學測試技術 衍射計量不足之處 （ 1）絕對量程比較小，量程范圍約 ~ 超過此范圍必須用比較測量法 （ 2）當 ω小時，衍射條紋本身比較寬，不容易獲得精確測量 （ 3） R大，裝置外型尺寸不能緊湊。限制了衍射計量的應用范圍 現(xiàn)代光學測試技術 167。 52 激光衍射計量技術 現(xiàn)代光學測試技術 一、基本方案及其分析 主要內容 二、間隙計量法 三、反射衍射法 四、分離間隙法 五、互補測定法 六、愛里圓測定法 現(xiàn)代光學測試技術 一、基本方案及其分析 方案分類 （ 1）記錄固定點衍射強度的方法（圖 55a中 A和 B點） （ 2）記錄衍射分布特征尺寸 (指衍射射分布極值點之間的距離或角量 )的方法（圖 55b中的 t） 現(xiàn)代光學測試技術 被測物體 （狹縫，寬度為 ω ） 第一種方法 在記錄點 (θ=常數(shù)的點 )上衍射條紋的光強與尺寸 w的關系 表示正比于激光功率的光強度 0IIu??s in /u ? ? ?? ， θ為衍射分布點的角坐標值 評估方法 ?線性，被測物體可能的空間位置變化等方面 ?測量要求的靈敏度 ?尺寸變化的動態(tài)范圍 現(xiàn)代光學測試技術 確保最大的靈敏度，得到最佳測量位置的 θ坐標值為 w與最大靈敏度的關系式，寫成 (1)靈敏度隨 w(被測尺寸 )的減小而變小，影響小尺寸的精密測量 (2)靈敏度隨 i 增大而變小，即記錄點遠離衍射中心時，靈敏度變小，因而希望記錄傳感器盡量靠近中心極大值處 (3)靈敏度與激光功率有關，要求功率穩(wěn)定的激光器與限制被測物體的空間位移 結論： 現(xiàn)代光學測試技術 圖中曲線表示探測器置于 A點或 B點的信號變化。當用一個探測器測量時，其位置應放在靈敏度和動態(tài)范圍最好的 A點或 B點進行。但在用一個探測器的情況下，激光功率的不穩(wěn)定性一級被測物體有橫向位移時，對測量結果有很大影響。因此，可能認為放在 A和 B點的兩個探測器用差值信號可以改善測量情況，但是從圖 56的曲線 C來看，靈敏度是有保證的，但仍然不能消除這種基本方案的缺點 激光功率不穩(wěn)定一級被測物在光束中位移造成的測量誤差。因為，衍射光強變化時 C的斜率變化。 現(xiàn)代光學測試技術 這種測量方法的靈敏度是 第二種基本方案是測量極值點之間的距離，通常是用最小強度（暗紋）之間的角量來表示 級數(shù)展開，并取前三項 現(xiàn)代光學測試技術 (1)測量靈敏度隨被測尺寸的減小而很快增加，而且衍射級次大更為有利 (2)靈敏度隨 i 增大而變小，即記錄點遠離衍射中心時，靈敏度變小，因而希望記錄傳感器盡量靠近中心極大值處 (3)靈敏度與激光強度無關，不要求功率穩(wěn)定。而且允許被測物體空間位移而不影響測量。 結論： 現(xiàn)代光學測試技術 衍射角與被測物尺寸 w的關系取一級近似，則 實際上的測量系統(tǒng)大多數(shù)利用物鏡焦面上的衍射條紋，這是，衍射極值間的先尺寸 Lm,n與被測物尺寸 w的關系是 目前在實際應用中得到發(fā)展的技術方案大多數(shù)屬于第二種基本方案，主要有 （ 1）間隙測量法 （ 2）反射衍射法 （ 3）分離間隙法 （ 4）互補測量法 （ 5）愛里圓測量法 現(xiàn)代光學測試技術 間隙測量法是基于單縫衍射原理。 二、 間隙測量法 a)比較測量 b） 測量輪廓 c） 測量應變 圖 58 間隙測量法的應用 參考邊 w 參考邊 工件 激光 w 參考物 試件 w 激光 激光 P 現(xiàn)代光學測試技術 a)比較測量 b） 測量輪廓 c） 測量應變 間隙測量法的應用 參考邊 w 參考邊 工件 激光 w 參考物 試件 w 激光 激光 P 現(xiàn)代光學測試技術 激光器 柱面擴束透鏡 工件 參考物 成像物鏡 觀察屏或光電器件接收平面 微動機構 當 時，觀察屏離開工件較遠，這時還可取消物鏡5，直接在觀察屏 6上測量衍射條紋。觀察屏上的衍射條紋可直接用線紋尺測量，也可用照相記錄測量或光電測量。 2 /Rw ?現(xiàn)代光學測試技術 nRnwx??由公式（ 511） 來計算 w， nx tn ?為計算方便，設 ，則 Rwt??現(xiàn)代光學測試技術 y y1 = tg u o ? 2? ? 2? y2 = + + 1 . 4 3 2 . 4 6 3 . 4 7? ? ? ?? ? ? ?， ， ， …??得 ，由作圖法可得次極大位置 tg ??? 由 求得 20 2s in( ) 0ddIdd?? ? ???極值 現(xiàn)代光學測試技術 ?I0 ? ? ???2??3??亮紋的嚴格位置 現(xiàn)代光學測試技術 亮紋位置 現(xiàn)代光學測試技術 結果說明 間隙法作位移或者應變值測量時，有兩種基本計量方法： 現(xiàn)代光學測試技術 應用舉例 現(xiàn)代光學測試技術 現(xiàn)代光學測試技術 三、反射衍射法 主要是用反射鏡形成狹縫 以 φ角入射的，縫寬為2w的單縫衍射 狹縫由刀刃 A與反射鏡B組成 反射鏡的作用是用以形成 A的像 A′ θ P A A′ L 2b b 棱緣 鏡像棱緣 反射表面 接收屏 反射衍射法原理圖 xk φ 現(xiàn)代光學測試技術 2 s i n 2 s i n ( )w w n? ? ? ?? ? ?暗條紋 激光對平面反射鏡的入射角 光線的衍射角 試件 A的邊緣與反射鏡之間的距離 遠場衍射 按三角級數(shù)展開 si n nxR? ?現(xiàn)代光學測試技術 代入整理得 1）給定 φ，已知 R， λ，一定衍射條紋級次 n，測定 xn，就可求得 w 說明： 2）由于反射效應，裝置的靈敏度提高近一倍左右 反射衍射技術的應用 1）表面質量評價 2）直線性測定 3）間隙測定 2 c os sin2nnnRwxxR???????????現(xiàn)代光學測試技術 三 、 反射衍射測量法 ? θ角一般是任意的，測得某一入射角 θ位置的兩個 xn值代入公式，聯(lián)立解出 θ值和 w值。 ? 從實例可見，該法易于實現(xiàn)檢測自動化，其檢測靈敏度可達 ～ 。 光電器件 磁盤 磁頭 θ b) 測量磁盤系統(tǒng)的間隙 c) 直線性偏差 θ 試件 標準反射面 θ 試件 標準刃邊 a) 評價表面質量 圖