【正文】 ， 3 振動(dòng)反射鏡 , 4 被檢細(xì)絲， 5 成像透鏡， 6 反射鏡， 7 空間濾波器， 8 光電倍增管， 9 數(shù)據(jù)處理器。 利用透鏡衍射的二次傅里葉變換，獲得被檢缺陷的像，用目視或光電檢測(cè)直接判定缺陷以及找到缺陷位置的方法。這種方法在工業(yè)電視日益普及的條件下，很有實(shí)際意義。 實(shí)際工作中，主要是采用： 1）小尺寸高靈敏度的光電探測(cè)器， 2）在光電探測(cè)器前放置狹縫， 3）調(diào)制激光光強(qiáng)， 4）采用精度高于 測(cè)器，讀出 L。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 激光束 光強(qiáng)調(diào)制器 被測(cè)物 光源 馬達(dá) ? 這種測(cè)量系統(tǒng) ， 其測(cè)量范圍是標(biāo)注尺寸的 ﹪ 到 +﹪ ，測(cè)量精度是被測(cè)尺寸的 ﹪ ， 這種測(cè)量系統(tǒng)要求被測(cè)件有正確的定位 ， 不能在激光束中位移 。 4）光電探測(cè)器 —— 把衍射條紋的光強(qiáng)變換成電訊號(hào)。 ? 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) ～ 。 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。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。利用暗條紋作為測(cè)量指標(biāo)，就可以進(jìn)行計(jì)量。兩個(gè)方向上光強(qiáng)的大小按式（ 53），可寫(xiě)出 當(dāng)光孔為單縫時(shí)， （對(duì)圖（ 52b）， L》 w）。用透鏡接收后，在透鏡的焦點(diǎn)上就觀察到十分清晰的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射條紋 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 利用被測(cè)物與參考物之間的間隙所形成的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量，如圖示。按照幾何光學(xué)的觀點(diǎn)，光線(xiàn)是直線(xiàn)前進(jìn)的，光在孔 H的邊緣通過(guò)的方向應(yīng)是 sa與sa′(虛線(xiàn)所示 )。 51 激光衍射計(jì)量原理 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 衍射最早用于光譜測(cè)量 ， 70年代才形成一種非接觸測(cè)量技術(shù) ， 1972年 ， 加拿大國(guó)家研究所提出了激光衍射測(cè)試方法 ，利用激光衍射條紋的變化來(lái)精密測(cè)量長(zhǎng)度 、 角度 、 輪廓的一種全場(chǎng)計(jì)量方法 。激光衍射測(cè)量的基本原理是利用激光的夫瑯和費(fèi)衍射。但實(shí)際上點(diǎn)像擴(kuò)大了，而且周?chē)€分布著亮度不大的圓環(huán)。 ( , )A ??( , )? ? ?( , ) 0? ? ? ?現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 在 E2平面上任一點(diǎn) P的光強(qiáng)是 2( , ) ( , ) ( , )I f v f v f v? ? ????( , )fv?? ( , )fv? 是 的共軛數(shù) E2平面上任一點(diǎn) P的振幅，應(yīng)該是此二維矩形函數(shù)的傅里葉變換，略去光能損失，則 當(dāng)光孔的形狀為矩形孔，矩形的高為 ，寬為 ，如圖（ 54a）所示。它們都是正弦函數(shù)和單調(diào)遞減函數(shù) 1/x的乘積： ，歸一化 sinc函數(shù)通常定義為 ，歷史上非歸一化 sinc函數(shù) (for sinus cardinalis)定義為 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 在這兩種情況下，函數(shù)在 0 點(diǎn)的奇異點(diǎn)有時(shí)顯式地定義為 1，sinc 函數(shù)處處可解析。 ? 取 L=1m， λ=， k=3， xk=10mm，可得到uc(b)=。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) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 六 、 愛(ài)里圓測(cè)量法 ? 愛(ài)里圓測(cè)量法是基于圓孔的夫瑯和費(fèi)衍射原理，可進(jìn)行微小孔徑的測(cè)量。 ? 激光束 1通過(guò)光強(qiáng)調(diào)制器 2， 過(guò)被測(cè)物 3（ 一般為細(xì)絲 ， 導(dǎo)線(xiàn) ） 產(chǎn)生衍射 激光束 光強(qiáng)調(diào)制器 被測(cè)物 光源 馬達(dá) ? 兩個(gè)光電探測(cè)器 P1， P2放在一級(jí)衍射條紋極大值光強(qiáng)一半的地方 ， 取 P1， P2的差值信號(hào)送入微安表中 。因此，在實(shí)際使用中的衍射測(cè)量系統(tǒng)更多的將采用測(cè)定衍射條紋間隔的線(xiàn)尺寸或角尺寸，用下式求取被測(cè)尺寸 w： 224/w n R L R???衍射條紋級(jí)次 被測(cè)物衍射條紋記錄平面的距離 相對(duì)于中央零級(jí)條紋對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)亮紋或暗紋之間的距離 (546) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 測(cè)定 w的誤差 △ w，由式（ 546）知主要由 R及 L的測(cè)量誤差決定，近似式是 22w R Lw R L? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?式中：△ R，△ L是測(cè)定 R及 L的測(cè)量誤差。 ?現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 由下式計(jì)算出被測(cè)尺寸 D () c o s4 mnf m nDNB? ?????（ 550） 單位時(shí)間內(nèi)反射鏡的轉(zhuǎn)數(shù) 物鏡焦距 m,n為衍射條紋序號(hào) m,n為衍射條紋之間的時(shí)間間隔 測(cè)量 10微米物體的直徑時(shí) ， 允許物體沿激光束軸向位移177。 衍射與頻譜關(guān)系 當(dāng)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(yuǎn)比孔徑尺寸大時(shí)，像面上的光振幅分布為 ( , )g ??現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 當(dāng)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(biāo)； 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(dāng) 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(qiáng)度如圖 532c)所示。 ?這樣按式 (552)分布的頻譜其空間頻率就可以同時(shí)檢測(cè)出。 工作原理 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 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。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) ?為提高目視檢測(cè)缺陷的靈敏度，可采用圖 537所示的雙色檢查法。 實(shí)際應(yīng)用的例子 (一 )漆包線(xiàn)激光動(dòng)態(tài)測(cè)徑儀 (三 )薄帶的精密測(cè)量 (二 )薄帶的精密測(cè)量 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) (一 )漆包線(xiàn)激光動(dòng)態(tài)測(cè)徑儀 為了達(dá)到要求的漆層厚度，銅線(xiàn)要經(jīng)過(guò)多次涂漆和烘干。另一方面，當(dāng)漆包線(xiàn)漆層厚度公差較大時(shí)，允許條紋位置變化較大，這時(shí)可取一級(jí)條紋定位。 電視激光測(cè)徑儀的測(cè)量范圍是 0. 008~205mm，系統(tǒng)的精度 177。 fdi??則細(xì)絲直徑 d: 式中： f是 L2的焦距， 是波長(zhǎng) ?現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) ?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。當(dāng)薄帶表面光潔度低于 ▽ 12時(shí)，反射光中散射成分增加，影響定位。生產(chǎn)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(zhǎng)、扭曲、變形測(cè)定上，也可用于基礎(chǔ)地基的變形研究上。利用兩塊倫奇(Ronchi )光柵的衍射形成莫爾偏轉(zhuǎn)法來(lái)測(cè)定各種火焰的溫度分布等高線(xiàn)圖，圖 550是利用視頻顯示的莫爾偏轉(zhuǎn)等高線(xiàn)裝置原理方框圖這種方法可以獲得實(shí)時(shí)的溫度分布圖。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 利用衍射進(jìn)行變形的全場(chǎng)測(cè)量其不足之處是測(cè)量范圍不大，上面已經(jīng)敘及，狹縫間隙變大，衍射條紋變密，影響測(cè)量的靈敏度。 當(dāng)用對(duì)比較好的一級(jí)暗條紋作為測(cè)量對(duì)象，測(cè)出。由于寬度小于 1mm，厚度一般僅幾個(gè)微米。在 CCD前面放置與光軸同心的不透明掩模，用于防止中心線(xiàn)的飽和， CCD像元為 1024,像元間距為 25微米 。 當(dāng)選擇不同定位條紋時(shí)，圖中 b)是選用第三級(jí)亮條紋為定位條紋，把硅光電池 8的分界面對(duì)準(zhǔn)第三級(jí)亮條紋中心時(shí)，光電池兩邊光強(qiáng)相等，產(chǎn)生相等光電流，電表指零。從而實(shí)現(xiàn)人工調(diào)整涂漆參數(shù)，保證涂漆質(zhì)量。 ?用二次傅里葉變換法檢測(cè)大規(guī)模集成電路掩模上的缺陷時(shí)，可達(dá)到 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 四、細(xì)絲及薄帶尺寸的測(cè)量 隨著工業(yè)的發(fā)展，要求對(duì)各種細(xì)金屬絲、光導(dǎo)纖維、鐘表游絲等進(jìn)行非接觸高精度測(cè)量。例如，四級(jí)衍射光，其光強(qiáng)只有原光強(qiáng)的幾百分之一。 ?這種方法應(yīng)用的實(shí)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(xué)攝影檢查等。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(cè)物體形成的頻譜圖形上用光探測(cè)器檢出 ,對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，然后判定有否缺陷的方法。 1mm， 物鏡的畸變不大于 25 掃描反射鏡轉(zhuǎn)軸到光電探測(cè)器前狹縫的距離 測(cè)量精度可達(dá) % ??? ?% f? ? % ? ? % 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 激光器 被測(cè)物體 物鏡 攝像機(jī) 計(jì)算邏輯電路 選擇器 顯示器 電視測(cè)量系統(tǒng)是利用電視掃描線(xiàn)來(lái)測(cè)定衍射條紋的間隔