【正文】 ，也就是衍射分布兩個極值點之間相應有幾根掃描線。但實際上增大距離 R時，條紋平面上的照度迅速下降，同時 L增大，衍射極大光強的分布范圍增大，這都增加測定條紋中心值的困難，造成△ L的增大。 P3提供監(jiān)控激光輸出功率的光電信號 。 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 6）顯示部分 —— 指示出被測尺寸的數(shù)量。 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)代光學測試技術(shù) ?I0 ? ? ???2??3??亮紋的嚴格位置 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 亮紋位置 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 結(jié)果說明 間隙法作位移或者應變值測量時，有兩種基本計量方法： 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 應用舉例 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 現(xiàn)代光學測試技術(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)代光學測試技術(shù) 2 s i n 2 s i n ( )w w n? ? ? ?? ? ?暗條紋 激光對平面反射鏡的入射角 光線的衍射角 試件 A的邊緣與反射鏡之間的距離 遠場衍射 按三角級數(shù)展開 si n nxR? ?現(xiàn)代光學測試技術(shù) 代入整理得 1）給定 φ，已知 R， λ，一定衍射條紋級次 n，測定 xn，就可求得 w 說明： 2）由于反射效應，裝置的靈敏度提高近一倍左右 反射衍射技術(shù)的應用 1）表面質(zhì)量評價 2）直線性測定 3）間隙測定 2 c os sin2nnnRwxxR???????????現(xiàn)代光學測試技術(shù) 三 、 反射衍射測量法 ? θ角一般是任意的，測得某一入射角 θ位置的兩個 xn值代入公式，聯(lián)立解出 θ值和 w值。而且允許被測物體空間位移而不影響測量。 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 四、技術(shù)特點 衍射計量在技術(shù)上有四個特點 （ 1）靈敏度高 （ 2）精度有保證 （ 3）裝置簡單、操作方便、測定快速 （ 4）可實現(xiàn)動態(tài)的聯(lián)機測量和全場測量，測定時物體不必固定，能為工藝過程提供反饋信號，顯著提高工藝效率 激光下的夫瑯和費衍射條紋十分清析、穩(wěn)定 非接觸測量 采用照相或光電系統(tǒng)測量衍射條紋是可行的，精度可以微米級 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 衍射計量不足之處 （ 1）絕對量程比較小，量程范圍約 ~ 超過此范圍必須用比較測量法 （ 2）當 ω小時，衍射條紋本身比較寬，不容易獲得精確測量 （ 3） R大，裝置外型尺寸不能緊湊。 1）衍射條紋是平行于單縫方向的 說明 2）當 時，出現(xiàn)一系列 I=0的暗條紋。每一列的光強分布，如圖（ 54b）所示。 遠場衍射 遠場衍射的基本裝置 平行光照射 E1上的 H孔時，遠場衍射發(fā)生在無窮遠。 20s in ?????????II??? s inπ b?1 單縫夫瑯和費衍射的相對光強分布 0IIb? b?2b??b?2?現(xiàn)代光學測試技術(shù) 二、計量原理 激光衍射計量的基本原理 利用激光下的夫朗和費衍射效應 近場衍射也稱為菲涅爾衍射 當光源 S照明 E1平面上的一個孔 H時，在距離 R的觀察屏 E2上將看到孔 H的陰影?，F(xiàn)代光學測試技術(shù) 第五章 光衍射技術(shù) 韋 宏 艷 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 本章大綱 重點： 難點： 基本要求： 激光衍射計量原理 激光衍射計量技術(shù) 激光衍射實際應用 激光衍射計量技術(shù)的基本方案 激光衍射技術(shù)的應用 激光衍射計量原理 掌握激光衍射計量原理，了解激光衍射計量技術(shù)的基本方案，包括間隙計量法、反射衍射法、分離間隙法等 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 激光衍射計量原理 一、概述 二、計量原理 主要內(nèi)容 三、基本公式 四、技術(shù)特點 167。 ? 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(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。這就是夫朗和費衍射。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(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。 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(shù) 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 。 ? 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 。 現(xiàn)代光學測試技術(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。 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(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)代光學測試技術(shù) 2. 測量精度 3. 最大量程 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 說明 現(xiàn)代光學測試技術(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。 ? 中央零級衍射條紋處 (即光軸位置上 )放置光電探測器 P3。 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(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。 5mm， 橫向位移 177。 ( , )g ??( , )g ??現(xiàn)代光學測試技術(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。然后送計算機處理，判定有否存在缺陷。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。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。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。在選擇定位條紋時，漆包線公差在 1/2條紋間隔內(nèi)為宜。 ℅ (二 )電視激光測徑儀 現(xiàn)代光學測試技術(shù) 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。所謂薄帶，是寬度 b比厚度 d要大很多倍。這時可改用 150一 200倍的顯微鏡用觀察來定位。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。