【正文】 、計量原理 主要內(nèi)容 三、基本公式 四、技術(shù)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(xué)測試技術(shù) 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(xué)測試技術(shù) 當(dāng)觀察屏 E3處在較遠(yuǎn)的位置上，用透鏡才能觀察到的衍射現(xiàn)象則稱遠(yuǎn)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(fù)振幅分布；設(shè)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(xué)測試技術(shù) 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(dāng)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(xué)測試技術(shù) 20 s i nwI I c ?????? ????w???設(shè) （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(shè) ，由式（ 58），則式（ 57）可寫為 20 2sinII ????? ????遠(yuǎn)場衍射光強分布的 基本公式 。 (511) 0011w w R nxx?? ??? ? ? ?????當(dāng)被測物尺寸改變 時，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 變動后衍射條紋中心位置 起始縫寬 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 單縫衍射 ? 單縫衍射測量的分辨力、準(zhǔn)確度和量程 ? 測量分辨力 — 能分辨的最小量值： ? 測量合成標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)用一個探測器測量時，其位置應(yīng)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(xué)測試技術(shù) 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(xué)測試技術(shù) (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(yuǎn)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(guān)，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(xué)測試技術(shù) 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(xué)測試技術(shù) 2. 測量精度 3. 最大量程 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 說明 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 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(yuǎn)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(zhuǎn)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(xué)測試技術(shù) 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(zhuǎn)軸的距離加上旋轉(zhuǎn)軸到物鏡的距離應(yīng)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(xué)測試技術(shù) 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(yīng)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(xì)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(zhuǎn)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(xué)測試技術(shù) 167。 ( , )g ??( , )g ??現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 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(xué)測試技術(shù) 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(xué)測試技術(shù) ?首先用一塊標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(yīng)，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(xì)絲、高分子材料細(xì)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(xì)線后發(fā)生衍射，衍射光束經(jīng)反射鏡 5后轉(zhuǎn)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(xué)測試技術(shù) ?細(xì)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(yuǎn)場條紋。 ℅ (二 )電視激光測徑儀 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 光源是半導(dǎo)體激光 ((3mW , 波長 780nm)，用擴束準(zhǔn)直系統(tǒng) L1來照射被測圓柱形細(xì)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(xué)測試技術(shù) PDI關(guān)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(xué)系統(tǒng)的相對口徑 f/D有關(guān)，當(dāng)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(dāng)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(xué)測試技術(shù) 在結(jié)束本章時最后應(yīng)該指出，光衍射技術(shù)在測試上的應(yīng)用領(lǐng)域還很廣闊，最近研究的方向主要是和光柵結(jié)合起來應(yīng)用。