【正文】 2222 2 2( 2 / ) 484n n nnnnD nk d R dnk RDdd R d?????? ?????? ? ????式中： kn為 n級衍射環(huán)內包含的暗環(huán)或亮環(huán)數目； dn為第 n個暗環(huán)或亮環(huán)的直徑 (548) (549) 利用式 (549)測量孔的直徑時，孔深在 10mm內仍有較高的精度 現代光學測試技術 現代光學測試技術 現代光學測試技術 激光器 望遠鏡縮束系統(tǒng) 被測體 物鏡 避光罩 掃描反射鏡 濾波片 裝置原理圖 圖 526 激光衍射測量儀 濾波片和避光罩的作用是消除雜散光和背景光對光電倍增管的影響。 ?現代光學測試技術 由下式計算出被測尺寸 D () c o s4 mnf m nDNB? ?????（ 550） 單位時間內反射鏡的轉數 物鏡焦距 m,n為衍射條紋序號 m,n為衍射條紋之間的時間間隔 測量 10微米物體的直徑時 ， 允許物體沿激光束軸向位移177。 現代光學測試技術 在表面粗糙度方面 ，可測量加工紋理為規(guī)則和比較規(guī)則的回轉體外表面的微觀不平度間距及加工時的走刀量。 衍射與頻譜關系 當孔徑面上以一束平行光照射，其光振幅透射率分為 ，孔徑面上的衍射在 R遠比孔徑尺寸大時，像面上的光振幅分布為 ( , )g ??現代光學測試技術 當孔徑與像面間插入透鏡，使孔徑面成為透鏡的前焦面，像面是其后焦面，則后焦面上的光振幅分布是 xf? ??x, y為后焦面的光軸坐標； f為透鏡焦距 yf? ??為光分別的空間頻率 式 (552)是孔徑面 在透鏡后焦面上的二維傅里葉變換， 當 的圖形是圖 532b)所示的規(guī)則二維矩形，則一維方向上的光強度如圖 532c)所示。 2. 二次傅里葉變換檢測法 現代光學測試技術 ?當散射的頻譜對稱于光軸而且被測物在照明光源范圍內作垂直于光軸方向的移動時，頻譜沒有變化。 ?這樣按式 (552)分布的頻譜其空間頻率就可以同時檢測出。 當以 角的激光束來照射運動中的細絲，照射光直徑為 ，掃描頻率為 2. 5kHz時，可檢測細絲上寬約 0. 1 mm，長 2rnm的表面缺陷。 工作原理 現代光學測試技術 二次傅里葉變換法的效果主要取決于空間濾波器的制作條件。而高級次衍射光則曝光不足，甚至得不到記錄。 現代光學測試技術 ?為提高目視檢測缺陷的靈敏度，可采用圖 537所示的雙色檢查法。用光學投影法時又因邊界衍射效應，測量不準。 實際應用的例子 (一 )漆包線激光動態(tài)測徑儀 (三 )薄帶的精密測量 (二 )薄帶的精密測量 現代光學測試技術 (一 )漆包線激光動態(tài)測徑儀 為了達到要求的漆層厚度，銅線要經過多次涂漆和烘干。測量精度在 l微米左右 裸線 線軸 導輪 漆糟 粘漆軸 烘箱 激光器 觀察屏 收線軸 現代光學測試技術 HeNe激光器 1發(fā)出的激光經反射鏡 2照射在導輪 3上移動著的漆包線 4，導輪的作用是穩(wěn)定線徑的位置。另一方面，當漆包線漆層厚度公差較大時，允許條紋位置變化較大，這時可取一級條紋定位。因此，當用標準直徑校準電表零位后，電表上的刻度就反映漆包線的外徑變化，從而可以控制漆包線的生產。 電視激光測徑儀的測量范圍是 0. 008~205mm，系統(tǒng)的精度 177。 測定 Fraurihofer衍射條紋的間隔 i，即 21XXi m??X X2是衍射條紋左邊和郵編最小值的位置； m是 X1與 X2之間的衍射條紋數 現代光學測試技術 顯然測 徑 精度主要由測定衍射條紋間隔的精度決定。 fdi??則細絲直徑 d: 式中： f是 L2的焦距， 是波長 ?現代光學測試技術 ?鐘表工業(yè)中的游絲，電子工業(yè)中的各種金屬薄片，寬度在 1 mm以下。 ?利用互補原理，測量薄帶寬度 b，相當于測量縫寬為 b的無限長狹縫。當薄帶表面光潔度低于 ▽ 12時，反射光中散射成分增加，影響定位。這種方法與常規(guī)的方法相比，裝置簡單，精度可達到接近干涉測角的量級，測量范圍是 1176。生產中已證明這是一種有效的方法，既可用于梁和板的受壓、伸長、扭曲、變形測定上，也可用于基礎地基的變形研究上。在一塊薄的半透明基板上沉積兩個同心圓環(huán)，如圖中 (a)所示，內環(huán)是一個十分清潔的小圓孔用于接受聚焦的光束并由衍射產生球面波，而較大的徑向區(qū)是半透明的，用以使被測光束通過光強適當衰減，圖中 (b)是這二束光產生干涉而提供干涉圖的原理。利用兩塊倫奇(Ronchi )光柵的衍射形成莫爾偏轉法來測定各種火焰的溫度分布等高線圖，圖 550是利用視頻顯示的莫爾偏轉等高線裝置原理方框圖這種方法可以獲得實時的溫度分布圖。得到一種新的光束偏轉和調制效應，這是許多光學裝置和研究技術的基礎。 現代光學測試技術 利用衍射進行變形的全場測量其不足之處是測量范圍不大，上面已經敘及，狹縫間隙變大，衍射條紋變密，影響測量的靈敏度。 現代光學測試技術 現代光學測試技術 現代光學測試技術 現代光學測試技術 現代光學測試技術 六、全場測量 激光衍射測量不僅發(fā)生在一點上，而且發(fā)生上在被激光照明的狹縫全長上。 當用對比較好的一級暗條紋作為測量對象，測出。當薄帶表面對激光束的不垂直度為 1176。由于寬度小于 1mm，厚度一般僅幾個微米。實際上，測定還要用標定細絲直徑 dr來校正，即 d = (ir/r)dr，而 ir是參考細絲的衍射條紋間隔。在 CCD前面放置與光軸同心的不透明掩模，用于防止中心線的飽和， CCD像元為 1024,像元間距為 25微米 。 ?用電視的視頻掃描線，將衍射圖像轉換成電訊號，然后與標準尺寸的 5的衍射電訊號進行比較。 當選擇不同定位條紋時，圖中 b)是選用第三級亮條紋為定位條紋，把硅光電池 8的分界面對準第三級亮條紋中心時，光電池兩邊光強相等，產生相等光電流，電表指零。當衍射條紋通過狹縫光欄照射光電池時，分界線兩邊接收到的光強就轉換成電信號，由差動放大器 9放大，最后由電表 l0顯示。從而實現人工調整涂漆參數，保證涂漆質量。實際上并沒有測量其實際外徑，故很不可靠。 ?用二次傅里葉變換法檢測大規(guī)模集成電路掩模上的缺陷時，可達到 現代光學測試技術 四、細絲及薄帶尺寸的測量 隨著工業(yè)的發(fā)展，要求對各種細金屬絲、光導纖維、鐘表游絲等進行非接觸高精度測量。較簡單的一種組合濾波器是同心圓形式，如圖 536所示。例如，四級衍射光，其光強只有原光強的幾百分之一。 ?檢測時，將這張濾波器置于圖 535中 6的位置，把被檢的有缺陷的試件置于 4的位置上。 ?這種方法應用的實例很多，例如，注射針的針頭檢查、筆跡鑒定、指紋判別，精密軸孔檢查、字符檢查、表面光潔度及醫(yī)學攝影檢查等。 ?這個光列陣對稱于光軸。其主要方法有兩種 : 直接利用透鏡的傅里葉變換特性，在被測物體形成的頻譜圖形上用光探測器檢出 ,對信號進行處理和分析，然后判定有否缺陷的方法。 53 實際的應用 現代光學測試技術 一、間隙或間隙變化的測量 二、位移與間隙的遠距離測量 主要內容 七、波前測量 三、表面缺陷的自動檢測 四、細絲及薄帶尺寸的測量 五、角度的精密測量 六、全場測量 現代光學測試技術 主要應用間隙計量法、反射衍射法以及分離間隙法來完成測試任務，應用的實例有薄膜涂層厚度測量 一、間隙或間隙變化的測量 具有分離值 z的衍射測量系統(tǒng) 激光器 —— 發(fā)出激光束 2， 柱面透鏡 —— 擴束 被測對象 —— 表面涂有塑性膜層的紙質材料或聚脂薄膜 滾筒 —— 傳送被檢薄膜 刀刃 —— 與 4的表面錯開 z 機械測微器 —— 可準確測出 7的移動量 驅動馬達由光電二極管檢測電路控制 —— 用于自動對準衍射條紋 電表 —— 顯示放大后的衍射條紋的光強訊號 現代光學測試技術 1濾波器 —— 用來消除滾筒的振動、滾筒幾何形狀偏差以及其他微小振動等所引起的誤差，并取其平均效應 1訊號放大器 —— 放大衍射條紋的光強訊號 1干涉濾光片 —— 用于消除雜散光影響 1條紋的分布 —— 方向是垂直于狹縫方向的 1差動放大器 ——放大輸出信號經 1電表 —— 顯示輸出信號（經差動放大器 17放大） 1光電檢測器 —— 由光電二極管組成 具有分離值 z的衍射測量系統(tǒng) 現代光學測試技術 ?機械測微器