【正文】 ? ?????當(dāng)被測(cè)物尺寸改變 時(shí)，相當(dāng)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(dòng)后衍射條紋中心位置 起始縫寬 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 單縫衍射 ? 單縫衍射測(cè)量的分辨力、準(zhǔn)確度和量程 ? 測(cè)量分辨力 — 能分辨的最小量值： ? 測(cè)量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ? 測(cè)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(zhǎng)穩(wěn)定度一般優(yōu)于 106，這項(xiàng)誤差可不予考慮。 ? 一般情況下， L和 xk的相對(duì)不確定度不超過(guò) %。 ? 取 L=1m， λ=， k=3， xk=10mm，可得到uc(b)=。 ? 實(shí)際測(cè)量中還包括環(huán)境因素的影響，衍射測(cè)量可達(dá)到的不確定度一般在 。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 四、技術(shù)特點(diǎn) 衍射計(jì)量在技術(shù)上有四個(gè)特點(diǎn) （ 1）靈敏度高 （ 2）精度有保證 （ 3）裝置簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)定快速 （ 4）可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的聯(lián)機(jī)測(cè)量和全場(chǎng)測(cè)量，測(cè)定時(shí)物體不必固定，能為工藝過(guò)程提供反饋信號(hào)，顯著提高工藝效率 激光下的夫瑯和費(fèi)衍射條紋十分清析、穩(wěn)定 非接觸測(cè)量 采用照相或光電系統(tǒng)測(cè)量衍射條紋是可行的，精度可以微米級(jí) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 衍射計(jì)量不足之處 （ 1）絕對(duì)量程比較小，量程范圍約 ~ 超過(guò)此范圍必須用比較測(cè)量法 （ 2）當(dāng) ω小時(shí)，衍射條紋本身比較寬，不容易獲得精確測(cè)量 （ 3） R大，裝置外型尺寸不能緊湊。限制了衍射計(jì)量的應(yīng)用范圍 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 167。 52 激光衍射計(jì)量技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 一、基本方案及其分析 主要內(nèi)容 二、間隙計(jì)量法 三、反射衍射法 四、分離間隙法 五、互補(bǔ)測(cè)定法 六、愛(ài)里圓測(cè)定法 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 一、基本方案及其分析 方案分類(lèi) （ 1）記錄固定點(diǎn)衍射強(qiáng)度的方法（圖 55a中 A和 B點(diǎn)） （ 2）記錄衍射分布特征尺寸 (指衍射射分布極值點(diǎn)之間的距離或角量 )的方法（圖 55b中的 t） 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 被測(cè)物體 （狹縫，寬度為 ω ） 第一種方法 在記錄點(diǎn) (θ=常數(shù)的點(diǎn) )上衍射條紋的光強(qiáng)與尺寸 w的關(guān)系 表示正比于激光功率的光強(qiáng)度 0IIu??s in /u ? ? ?? ， θ為衍射分布點(diǎn)的角坐標(biāo)值 評(píng)估方法 ?線(xiàn)性，被測(cè)物體可能的空間位置變化等方面 ?測(cè)量要求的靈敏度 ?尺寸變化的動(dòng)態(tài)范圍 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 確保最大的靈敏度，得到最佳測(cè)量位置的 θ坐標(biāo)值為 w與最大靈敏度的關(guān)系式，寫(xiě)成 (1)靈敏度隨 w(被測(cè)尺寸 )的減小而變小，影響小尺寸的精密測(cè)量 (2)靈敏度隨 i 增大而變小，即記錄點(diǎn)遠(yuǎn)離衍射中心時(shí)，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(guān)，要求功率穩(wěn)定的激光器與限制被測(cè)物體的空間位移 結(jié)論： 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 圖中曲線(xiàn)表示探測(cè)器置于 A點(diǎn)或 B點(diǎn)的信號(hào)變化。當(dāng)用一個(gè)探測(cè)器測(cè)量時(shí)，其位置應(yīng)放在靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍最好的 A點(diǎn)或 B點(diǎn)進(jìn)行。但在用一個(gè)探測(cè)器的情況下，激光功率的不穩(wěn)定性一級(jí)被測(cè)物體有橫向位移時(shí)，對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響。因此，可能認(rèn)為放在 A和 B點(diǎn)的兩個(gè)探測(cè)器用差值信號(hào)可以改善測(cè)量情況，但是從圖 56的曲線(xiàn) C來(lái)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(diǎn) 激光功率不穩(wěn)定一級(jí)被測(cè)物在光束中位移造成的測(cè)量誤差。因?yàn)?，衍射光?qiáng)變化時(shí) C的斜率變化。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 這種測(cè)量方法的靈敏度是 第二種基本方案是測(cè)量極值點(diǎn)之間的距離，通常是用最小強(qiáng)度（暗紋）之間的角量來(lái)表示 級(jí)數(shù)展開(kāi)，并取前三項(xiàng) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) (1)測(cè)量靈敏度隨被測(cè)尺寸的減小而很快增加，而且衍射級(jí)次大更為有利 (2)靈敏度隨 i 增大而變小，即記錄點(diǎn)遠(yuǎn)離衍射中心時(shí)，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(qiáng)度無(wú)關(guān)，不要求功率穩(wěn)定。而且允許被測(cè)物體空間位移而不影響測(cè)量。 結(jié)論： 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 衍射角與被測(cè)物尺寸 w的關(guān)系取一級(jí)近似，則 實(shí)際上的測(cè)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(cè)物尺寸 w的關(guān)系是 目前在實(shí)際應(yīng)用中得到發(fā)展的技術(shù)方案大多數(shù)屬于第二種基本方案，主要有 （ 1）間隙測(cè)量法 （ 2）反射衍射法 （ 3）分離間隙法 （ 4）互補(bǔ)測(cè)量法 （ 5）愛(ài)里圓測(cè)量法 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 間隙測(cè)量法是基于單縫衍射原理。 二、 間隙測(cè)量法 a)比較測(cè)量 b） 測(cè)量輪廓 c） 測(cè)量應(yīng)變 圖 58 間隙測(cè)量法的應(yīng)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(xué)測(cè)試技術(shù) a)比較測(cè)量 b） 測(cè)量輪廓 c） 測(cè)量應(yīng)變 間隙測(cè)量法的應(yīng)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(xué)測(cè)試技術(shù) 激光器 柱面擴(kuò)束透鏡 工件 參考物 成像物鏡 觀(guān)察屏或光電器件接收平面 微動(dòng)機(jī)構(gòu) 當(dāng) 時(shí)，觀(guān)察屏離開(kāi)工件較遠(yuǎn)，這時(shí)還可取消物鏡5，直接在觀(guān)察屏 6上測(cè)量衍射條紋。觀(guān)察屏上的衍射條紋可直接用線(xiàn)紋尺測(cè)量，也可用照相記錄測(cè)量或光電測(cè)量。 2 /Rw ?現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) nRnwx??由公式（ 511） 來(lái)計(jì)算 w， nx tn ?為計(jì)算方便，設(shè) ，則 Rwt??現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 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(xué)測(cè)試技術(shù) ?I0 ? ? ???2??3??亮紋的嚴(yán)格位置 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 亮紋位置 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 結(jié)果說(shuō)明 間隙法作位移或者應(yīng)變值測(cè)量時(shí)，有兩種基本計(jì)量方法： 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 應(yīng)用舉例 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 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(xué)測(cè)試技術(shù) 2 s i n 2 s i n ( )w w n? ? ? ?? ? ?暗條紋 激光對(duì)平面反射鏡的入射角 光線(xiàn)的衍射角 試件 A的邊緣與反射鏡之間的距離 遠(yuǎn)場(chǎng)衍射 按三角級(jí)數(shù)展開(kāi) si n nxR? ?現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 代入整理得 1）給定 φ，已知 R， λ，一定衍射條紋級(jí)次 n，測(cè)定 xn，就可求得 w 說(shuō)明： 2）由于反射效應(yīng)，裝置的靈敏度提高近一倍左右 反射衍射技術(shù)的應(yīng)用 1）表面質(zhì)量評(píng)價(jià) 2）直線(xiàn)性測(cè)定 3）間隙測(cè)定 2 c os sin2nnnRwxxR???????????現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 三 、 反射衍射測(cè)量法 ? θ角一般是任意的，測(cè)得某一入射角 θ位置的兩個(gè) xn值代入公式，聯(lián)立解出 θ值和 w值。 ? 從實(shí)例可見(jiàn)，該法易于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化，其檢測(cè)靈敏度可達(dá) ～ 。 光電器件 磁盤(pán) 磁頭 θ b) 測(cè)量磁盤(pán)系統(tǒng)的間隙 c) 直線(xiàn)性偏差 θ 試件 標(biāo)準(zhǔn)反射面 θ 試件 標(biāo)準(zhǔn)刃邊 a) 評(píng)價(jià)表面質(zhì)量 圖