激光衍射测量原理优秀课件.ppt

激光衍射测量原理第1页，本讲稿共22页图5-1第2页，本讲稿共22页 当L（缝长）W（缝宽），且 时，满足远场夫朗和费（Fraunhofer）单缝衍射条件，其光强分布为：对各级暗纹：特点：（1）各暗纹间隔相等，亮纹间隔不相等。（2）主极大角宽度为相临暗纹角间隔的二倍。第3页，本讲稿共22页二、细丝衍射原理：巴比列定律：“两互补屏所产生的衍射图形，其衍射花样和光强分布相同，但存在的位相差”。证明：考察在频谱面上的任一点P。1、平等光通过缝宽为d的单缝衍射后，在衍射屏P点的振幅为 ；P0点（中心点）的振幅为 ；2、若将单缝换成直径为d的细丝，则在衍射屏P点的振幅为 ；P0的振幅为 ；3、若平行光不通过单缝或细丝而直接入射到透镜上；则只在物镜的后焦点F上（后焦点）成一亮点，其振幅为，在其余各点处，振幅 ；第4页，本讲稿共22页 根据在巴比列定律：平行光分别通过单缝和有相同宽度的单丝后在P点的衍射条纹振幅之和（）等于平行光直接通过透镜后，在同一点P的振幅yP（此时yP=0）其光强为 而在F处：结论：除 点外，在其余各点，单缝和的同尺寸细丝的衍射光强分布相同。因此在衍射计量中，可将单缝衍射公式用于单丝衍射的情况。第5页，本讲稿共22页三、讨论：（一）静态测量：即找出W=F(Xn)的函数关系。1、无透镜系统：（如图5-2）将上式代入单缝衍射公式中得：当XnR时，则上式变为：图5-2第6页，本讲稿共22页图5-3 2、透镜系统 对图（5-3）所示的结构同理有：第7页，本讲稿共22页 （二）动态测量：当 狭 缝 改 变 W时，同 一 级 衍 射 条 纹 的 位 置 改 变。此 时，即 找 出 的函数关系。1、无透镜系统：2、有透镜系统 若测出在某定点P点Xn的变化量Xn，即可求出缝宽变化量W，以上为衍射的四大公式。第8页，本讲稿共22页一、可获得较大的光学放大倍率M：由公式：得：例，设R=400mm，K=2，=0.632810-3mm，W=0.05mm，二、测量精度高：若在衍射谱面的P点用CCD器件接收，其测量误差可达1个象元（0.007mm），则对上例光电瞄准误差为：5-2 衍射测量的技术特点衍射测量的技术特点 第9页，本讲稿共22页三、装置简单，调试方便四、绝对量程小，大约在（0.010.15）mm5-3 几种实用的测试方法几种实用的测试方法 一、尺寸的比较测量：（图5-4）先对标准刀口间隙归零，测量间隙的变化量第10页，本讲稿共22页图5-4第11页，本讲稿共22页二、部件轮廊测量：测量圆形工件表面形状和偏心。三、面形测量（反射衍射法）：测量光盘、磁盘面的跳动量 对图（5-5）的系统，可以导出：图5-5第12页，本讲稿共22页 当很小时，特点：1、放大倍率：即：反射衍射装置的光学放大倍率比非反射衍射型减小了一倍。2、灵敏度增大了一倍：当缝宽W增大1倍即为2W时，其等效缝宽增大4W。用途：（1）平面工件表面形状检测；（2）平面零件的间隙检测。第13页，本讲稿共22页图5-6 附：反射衍射法公式推导：如图5-6所示：将宽缝W对平面镜成像，展开后，其等效缝宽为2W。根据透镜成像的等光程原理，轴外衍射光（平行光）（1），（2），在P点聚焦时其光程差为：第14页，本讲稿共22页第15页，本讲稿共22页四、细丝的衍射测量（互补法衍射测量）图5-7第16页，本讲稿共22页 1、各器件作用：调制器：用于光强调制，把直流检测信号变为交流检测信号（采用交流放大器，克服直流放器的零漂误差）；p1，p2：放在1级亮级的最高灵敏度点处；p3：在零级亮级处，监视激光器的能量；p4：接收基准信号，测量调制频率，同以定标。2、讨论：（1）当被测件直径大于标准尺寸时，1级亮级向中心移动，则p1信号增大，p2信号减小。（2）当被测件直径小于标准尺寸时，1级亮级背离中心移动，则p1信号减小，p2信号增大。3、测量范围：（16.79%18.39%）d0。4、测量精度：第17页，本讲稿共22页五、衍射条纹的光电扫描测量图5-8第18页，本讲稿共22页 设反光镜转速为n转/秒，反光镜大小和其位置的放置使+1级、+2级衍射通过反光镜扫描后和狭缝所在平面重合。测量相临暗纹扫过狭缝的时间t，即可求出细丝的直径。即 （属远场夫朗和费衍射）由公式：（注意：衍射条纹的相临两暗纹间隔相等。）以，代入上式，又因为第19页，本讲稿共22页 式中：填充晶振频率 N 晶振数当N=1时，最小脉冲当量为：六、衍射传感器 （1）温度传感器 （2）压力传感器第20页，本讲稿共22页图5-9 此外，还可组成各种物理传感器，关键是需将各种物理量的变化转化为微小几何量的变化。第21页，本讲稿共22页 （1）照明光束为平行光，且光束截面形状与挂测工件一致：对细丝、长缝为线状平行光可采用柱面望远准直系统。（2）照明范围：满足夫朗和费衍射条件 在长度方向：一般为100d 直径方向：D0=（1.53）d5-4 光学系统光学系统 第22页，本讲稿共22页