【正文】 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。 實(shí)際工作中，主要是采用： 1）小尺寸高靈敏度的光電探測器， 2）在光電探測器前放置狹縫， 3）調(diào)制激光光強(qiáng)， 4）采用精度高于 測器，讀出 L。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(hào)，經(jīng)放大和變換電路 11，形成矩形脈沖信號(hào)，此信號(hào)的寬度相應(yīng)于衍射條紋的間隔，這個(gè)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(jì) 13顯示。 V1， V2， V3是從計(jì)算觸發(fā)器來的信號(hào)， Vm是最后得到的測量信號(hào)，其時(shí)間間隔 ，剛對(duì)應(yīng)于被測尺寸。 5mm， 橫向位移 177。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。 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(dòng)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。 ?其原理是利用傅里葉變換面上的頻譜變化，達(dá)到檢測和處理的目的。 ( , )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(qiáng)變動(dòng)。 利用透鏡衍射的二次傅里葉變換，獲得被檢缺陷的像，用目視或光電檢測直接判定缺陷以及找到缺陷位置的方法。利用這個(gè)性質(zhì)就可進(jìn)行檢測。內(nèi)圓的一半是 32個(gè)同心圓，另一半圓內(nèi)是 32個(gè)放射狀列陣，用硅片制成。然后送計(jì)算機(jī)處理，判定有否存在缺陷。 激光器 準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng) 濾波孔 被測物或被測物的照片 傅里葉變換透鏡 光電探測列陣 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 1 激光器， 2 聚焦透鏡， 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。 ?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(kuò)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(qiáng)度空間濾波器。 如果試件上有缺陷，經(jīng)過逆傅里葉變換 (TFT)后在觀察屏上就看到亮點(diǎn)，亮點(diǎn)就表示試件在這個(gè)對(duì)應(yīng)位置上存在缺陷。一般情況下，由于零級(jí)衍射光其強(qiáng)度大，而高次衍射光的強(qiáng)度非常弱。曝光量相差 100一 1000倍，對(duì)低級(jí)次衍射光曝光過度，是理論值的 10一 20倍，形成光點(diǎn)黑化。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(qiáng)， N— 正常部分光強(qiáng) )的濾波器。圖中 a)是傅里葉變換面上的衍射斑分布。這時(shí) 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(bǔ)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。過去測量 0. lmm以下的細(xì)絲直徑，采用光學(xué)量儀或電測量儀，這類量儀本身測量精度是高的，但由于漆包線，光導(dǎo)纖維等是塑性材料不能用接觸法測量。所以過去對(duì) 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(jì)其直徑。 ?采用激光下的互補(bǔ)法測定細(xì)絲外徑，是一種高精度的非接觸法測量，精度可達(dá) ，這對(duì)生產(chǎn)和科學(xué)研究都具有重要意義。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。 主要用于直徑 。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(gè)接收靶可以通過測微手輪上下移動(dòng)，用以選擇定位條紋的位置。 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) ?在選擇定位條紋時(shí)，一般以取二級(jí)或三級(jí)衍射條紋為最佳。在選擇定位條紋時(shí)，漆包線公差在 1/2條紋間隔內(nèi)為宜。當(dāng)漆包線直徑有變化時(shí)，衍射條紋間隔變化，光電池兩個(gè)象限的光電流失去平衡，電表不指零。 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(huì)聚，在其焦平面形成遠(yuǎn)場條紋。 HeNe激光器 擴(kuò)束光組 半鍍反射鏡 透鏡 細(xì)絲 電視攝像機(jī) 比較測量電路 數(shù)學(xué)顯示器 半鍍反射鏡 被測細(xì)絲 反射鏡 反射鏡 ?通過調(diào)整 4/6來獲得標(biāo)準(zhǔn)衍射條紋在攝像機(jī)上的正確位置，以符合比較時(shí)的電路要求。 ℅ (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(kuò)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(shí)別衍射圖形。掩模直徑 3mm , L2透鏡焦距 f=120mm時(shí)用于被測直徑 10 ~400微米， f=90mm時(shí)用于 20一 650微米直徑的細(xì)絲。即△ i/i=△ d/d。當(dāng)細(xì)絲直徑大于 50微米時(shí)，為保證測量精度，還要用LoronzMire理論對(duì) Fraunhofe:近似作修正，這種方法其重復(fù)性可達(dá) ，用 Fraunhofe近似計(jì)算時(shí)精度是 1℅ 。所謂薄帶，是寬度 b比厚度 d要大很多倍。實(shí)際上是一種柔性絲帶，這給測量帶來困難。測量時(shí)，要求薄帶相對(duì)于激光束必須垂直，否則測量誤差很大。 ， 而薄帶尺寸 b = 0. 12mm和 d=，測量誤差約 0. 5微米 (三 )薄帶的精密測量 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) HeNe激光器 1發(fā)出的激光，經(jīng)反射鏡 2及半透反射鏡 3反射而照射薄帶 5，在距離為 R的接收屏上得到隨薄帶寬度 b而變化的衍射條紋 6,測量條紋的間距，就可求得帶寬 b: nRnbx??現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 為了保證薄帶表面和光軸垂直，采用定位指示光電二極管 4，以接收薄帶表面的反射光 .當(dāng)就指示其變動(dòng)，以保證薄帶的準(zhǔn)確定位。這時(shí)可改用 150一 200倍的顯微鏡用觀察來定位。 n=土 l級(jí)的兩個(gè)暗條紋之間的距離為 x，則 x=2t, t是條紋間距，可得帶寬 b的計(jì)算公式 2 Rbx??現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 五、角度的精密測量 利用衍射條紋的間隔變化可以精密測定楔角。 ~10176。因此，激光衍射是一種有效的全場測量，其應(yīng)用的例子很多，例如，變形的衍射全場測量就是一種設(shè)備簡單、技術(shù)可靠的方法，其原理如圖 548a)所示，當(dāng)柱體試樣沒有承載時(shí)，衍射條紋是近于平行的直線，當(dāng)加載后，得到反映柱體變形的二維衍射條紋，用攝影方法就可以精確地研究試樣的二維變形，其靈敏度可以達(dá)到微米級(jí)以下。對(duì)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。解決的方法是利用衍射條紋來形成莫爾條紋，形成的方法是 :首先攝取沒有加載荷或已知變形的衍射條紋的照片，用此衍射條紋的負(fù)片作為一塊已知光柵和正在被測的衍射條紋疊加，得到衍射情況下的莫爾條紋，如圖 548b)所示，測定莫爾條紋的間隔，用下式就可計(jì)算出變形量 : 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 七、波前測量 利用小孔的衍射可以獲得標(biāo)準(zhǔn)的波面，只要小孔直徑足夠的小，就可以獲得足夠精度的標(biāo)準(zhǔn)球面波，這就是點(diǎn)衍射干涉儀 (Point Diffraction Interferometers)的原理，這種 PDI干涉儀是當(dāng)代一種輕巧而價(jià)低的測量光學(xué)波陣面的有效工具，其原理示于圖549。 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(duì)比度，小孔尺寸與照射光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)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(duì)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(shí)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。美國 lBM研究實(shí)驗(yàn)室利用布拉格 (Bragg)效應(yīng)的衍射技術(shù)研究獲得了一種新型的衍射光偏轉(zhuǎn)器來替代聲光偏轉(zhuǎn)器。