【正文】 、計量原理 主要內(nèi)容 三、基本公式 四、技術特點 167。 ?通常把衍射現(xiàn)象分為二類 : 1）菲涅耳衍射，光源和觀察屏 (或二者之一 )離衍射屏距離有限，又稱為近場衍射 。 ? ①夫瑯和費衍射實驗裝置 b θ L1 L2 S Pθ P0 單縫夫瑯和費衍射的實驗裝置 現(xiàn)代光學測試技術 單縫衍射 ? ②單縫夫瑯和費衍射強度分布 ? 用振幅矢量法或衍射積分法都可以得到縫寬為 b的單縫夫瑯和費衍射光強分布表達式： ? 其中 ? 其分布如圖示。 2dR ?? 時為菲涅爾衍射 R 是孔與屏之間的距離 d 是孔 H的直徑 現(xiàn)代光學測試技術 當觀察屏 E3處在較遠的位置上，用透鏡才能觀察到的衍射現(xiàn)象則稱遠場衍射。這就是夫朗和費衍射。即 ( , ) ( , ) e x p [ ( , ) ]F A i? ? ? ? ? ? ???式中 ，是孔平面上的復振幅分布；設照明是平行光正入射，波面與孔平面重合 。這是可用一個二維矩形函數(shù)來表示： ????現(xiàn)代光學測試技術 因此，對矩形孔，在 E2平面上的衍射像有兩列，呈十字格線分別，如圖（ 54a）所示。因此，當單縫在 方向時，衍射條紋僅沿 x方向分別。 非歸一化 sinc函數(shù)等同于歸一化 sinc函數(shù)，只是它的變量中沒有放大系數(shù) π 現(xiàn)代光學測試技術 20 s i nwI I c ?????? ????w???設 （縫寬），則衍射條紋的光強分別按式（ 56）為 s in ( )s in ( ) wcww???????對 sinc函數(shù)，其定義是 w?????設 ，由式（ 58），則式（ 57）可寫為 20 2sinII ????? ????遠場衍射光強分布的 基本公式 。 (511) 0011w w R nxx?? ??? ? ? ?????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 ~。 ? 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 。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。 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。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。 此時衍射圖形出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象。 顯示器 電壓比較器 光電接收器2 光電接收器 1 被測件 激光器 f 衍射圖 噴絲頭孔徑的 愛里 圓測量原理 現(xiàn)代光學測試技術 七、量程精度與最大量程 1. 測量分辨率 2. 測量精度 3. 最大量程 現(xiàn)代光學測試技術 2. 測量精度 3. 最大量程 現(xiàn)代光學測試技術 說明 現(xiàn)代光學測試技術 八、實際的激光衍射測量系統(tǒng) 1) 激光器 —— 通常用 1~30mW的 HeNe激光器的衍射光源 2）光束形成器 —— 用來得到照明被測物最有效的光束形狀，通常用柱面透鏡組獲得這樣光束形狀 3）物鏡 —— 用來獲得遠場條紋的成像，保證記錄平面上所要求的條紋尺寸，必要時，由一組不同焦距的物鏡組成。 ?被測物體放在物鏡前面，由于接受平行光平面物體位置移動，不影響衍射條紋的光強分布。 ? 中央零級衍射條紋處 (即光軸位置上 )放置光電探測器 P3。 ? 4是馬達使光強調(diào)制器作旋轉進行信號調(diào)制 。 激光器 光調(diào)制器 被測件 光闌 透鏡 衍射條紋 光調(diào)制器 (547) 現(xiàn)代光學測試技術 由式 (547)知，選定足夠大的 R，從理論上說，可以獲得很高的精度。從狹縫 8到掃描反射鏡的旋轉軸的距離加上旋轉軸到物鏡的距離應等于物鏡的焦距 f 衍射光經(jīng)物鏡 5在其焦面上形成衍射 掃描反射鏡 ， 用以形成衍射條紋在光電倍增管10前的輸入狹縫 8上掃描 現(xiàn)代光學測試技術 從光電倍增管得到的電信號，經(jīng)放大和變換電路 11，形成矩形脈沖信號，此信號的寬度相應于衍射條紋的間隔，這個脈沖再經(jīng)微分，限幅和邏輯電路 12就可測量脈沖寬度，最后用數(shù)字頻率計 13顯示。 5mm， 橫向位移 177。 在尺寸方面 ， 可測量非透明材料的細絲直徑 ， 圓孔直徑及方孔與長方孔的寬度 ，超薄零件或材料的厚度 ，零件的高度 、 縫寬 ， 易變形件尺寸 （ 如超薄套筒的外徑與 “ O”形橡膠密封圈的內(nèi) 、 外徑及橫斷面直徑 ） 、 軸的直徑 在形位誤差方面 可以測量圓柱形外表面母線及刀口尺刃線的直線度誤差 、 外回轉表面的圓度 、 圓柱度 、 同軸度 、 跳動誤差及垂直度 、 平行度等誤差 多功能激光測量儀 現(xiàn)代光學測試技術 167。 ( , )g ??( , )g ??現(xiàn)代光學測試技術 利用衍射檢查各種缺陷就是檢測圖中 c)所示的光強變動。利用這個性質(zhì)就可進行檢測。然后送計算機處理，判定有否存在缺陷。 ?現(xiàn)代光學測試技術 2. 二次傅里葉變換檢測法 激光器 可調(diào)衰減器 帶小孔的擴束器 被測試件 傅里葉變換透鏡 逆傅里葉變換透鏡 空間濾波器 觀察屏或光電檢測面 現(xiàn)代光學測試技術 ?首先用一塊標準試樣 (或合格品 )，例如，圖 532b )所示的二維矩形孔，放在圖 535所示裝置中試件 4的位置上，獲得傅里葉變換圖 (圖 532c)，用照片攝取下來，其負片是一張強度空間濾波器。一般情況下，由于零級衍射光其強度大，而高次衍射光的強度非常弱。為此形成各種使衍射光具有方向性和改善 s/N[s一缺陷部分的光強， N— 正常部分光強 )的濾波器。這時 HeNe激光器形成紅色的缺陷像，而綠色的非相干光源 (普通燈泡加綠色濾波器 )形成正常的表面像，作為缺陷的背景，由于互補色效應，使缺陷的目視靈敏度大為提高，看到在白色背景上帶色彩的缺陷。所以過去對 0. 1 mm以下的纖維細絲、高分子材料細絲都用稱量法 (MG法 )，把試件切成一定長度后，幾十根稱重，根據(jù)重量估計其直徑。圖中虛線表示激光測徑儀，用于測定漆層外徑后用電表顯示尺寸。激光過細線后發(fā)生衍射，衍射光束經(jīng)反射鏡 5后轉向接收靶 6，接收靶上有狹縫光欄 7和二象限硅光電池 (8A,8B)，整個接收靶可以通過測微手輪上下移動，用以選擇定位條紋的位置。在選擇定位條紋時，漆包線公差在 1/2條紋間隔內(nèi)為宜。 現(xiàn)代光學測試技術 ?細絲被激光照射后其衍射光經(jīng)透鏡 9會聚，在其焦平面形成遠場條紋。 ℅ (二 )電視激光測徑儀 現(xiàn)代光學測試技術 光源是半導體激光 ((3mW , 波長 780nm)，用擴束準直系統(tǒng) L1來照射被測圓柱形細絲，透鏡 L2用于收集被測件的衍射光，在L2的焦平面上放置 CCD(或光電二極管列陣 )，通過 CCD的掃描來識別衍射圖形。即△ i/i=△ d/d。所謂薄帶，是寬度 b比厚度 d要大很多倍。測量時，要求薄帶相對于激光束必須垂直，否則測量誤差很大。這時可改用 150一 200倍的顯微鏡用觀察來定位。 ~10176。對非金屬材料，例如水泥表面也可適用，表面粗糙度僅影響衍射條紋的輪廓分布，使條紋邊緣不光滑，但并不影響條紋中心的位釋。 現(xiàn)代光學測試技術 PDI關鍵是選定小孔尺寸和半透區(qū)的透過率以獲得最大條紋對比度，小孔尺寸與照射光學系統(tǒng)的相對口徑 f/D有關，當波長= 6微米，也就是無像差光束 Airy斑直徑的 1/4左右，對半透圓區(qū)的透過率，當用金 (AU)作為薄膜材料，則透過率是薄膜厚度的函數(shù)，即 現(xiàn)代光學測試技術 在結束本章時最后應該指出，光衍射技術在測試上的應用領域還很廣闊，最近研究的方向主要是和光柵結合起來應用。