基本光学测量技术.
机械工程中的光学测量与检测技术研究
机械工程中的光学测量与检测技术研究导言随着科技的进步和工业的发展，机械工程领域对环境和材料的测量和检测要求越来越高。
在这个领域中，光学测量与检测技术得到了广泛的应用和研究。
光学测量与检测技术以其高精度、非接触、无损伤的特点，成为许多机械工程领域中不可或缺的工具。
本文旨在探讨光学测量与检测技术在机械工程中的应用、研究和前景。
一、光学测量与检测技术的原理与分类1.1 原理光学测量与检测技术是使用光学方法来实现对目标的测量与检测。
其原理包括了光的传播、反射、折射、散射等基本光学现象。
通过对光在目标表面或介质中的变化进行检测和分析，可以得到目标的形状、尺寸、表面特征等信息。
1.2 分类光学测量与检测技术可以根据测量原理的不同进行分类。
常见的分类包括：1.2.1 非接触式测量技术：利用光线的传播特性，通过光的反射、散射等方式进行测量。
这种技术不需要与目标直接接触，避免了对目标的损伤，如光干涉测量、激光测距等。
1.2.2 接触式测量技术：通过与目标直接接触，利用光学方法测量目标的形状、表面粗糙度等特征。
这种技术对目标要求较高，但能够获得高精度的测量结果，如触摸式测量、光纤传感等。
1.2.3 激光测量技术：利用激光的特性进行测量和检测，具有较高的分辨率和测量精度。
激光干涉测量、激光散斑测量、激光共聚焦测量等属于这一类技术。
1.2.4 彩色测量技术：针对颜色的测量和分析，用于目标色彩的检测和识别。
如颜色传感器、颜色相机等。
二、机械工程中的光学测量与检测技术应用2.1 制造业中的应用2.1.1 光学测量与检测技术在零部件加工中的应用在制造业中，对零部件尺寸、形状的测量与检测要求较高。
光学测量与检测技术能够实现对零部件的快速、准确的检测。
例如，利用光学方法对工件的表面偏差进行检测，能够帮助制造商提高产品质量，并降低不合格品的产生率。
2.1.2 光学测量与检测技术在装配过程中的应用装配过程中，光学测量与检测技术可用于检测零部件的位置、对位精度等。
光学测量及其应用知识点
光学测量及其应用知识点
光学测量是一种利用光学原理进行测量的方法，广泛应用于工
程领域中。
以下是光学测量及其应用的一些基本知识点：
1.光学测量基础
光学测量基于光的传播和反射原理，通过测量光的特性来获取
目标物体的相关信息。
常见的光学测量方法包括光线法、自动对焦、相位差法等。
2.直接测量和间接测量
光学测量可以分为直接测量和间接测量。
直接测量是通过直接
测量光的特性，如光线的强度、颜色等来获得目标物体的相关参数。
间接测量是通过测量光线的反射、折射以及干涉等现象来推导目标
物体的参数。
3.光学测量的应用
光学测量在工程领域有着广泛的应用。
以下是一些光学测量的应用领域：
3.1.制造业中的应用
光学测量在制造业中有着重要的应用，用于测量产品的尺寸、形状等参数。
例如，在汽车制造过程中，光学测量可以用于检测车身的平坦度、形状偏差等。
3.2.非接触性测量
光学测量具有非接触性的特点，可以应用于对被测对象表面的非破坏性测量。
这在一些精密仪器的制造和质量控制过程中非常重要。
3.3.精度测量
光学测量可以实现高精度的测量，对于一些需要高精度的工程项目非常重要。
例如，在航天器制造中，光学测量可以用于测量器件的尺寸和形状，确保其符合设计要求。
总结
光学测量是一种基于光学原理的测量方法，具有广泛的应用领域。
光学测量在制造业中起着重要的作用，可以应用于非接触性测量和高精度测量等领域。
对于工程领域的研究和应用而言，光学测量是一项重要的技术和工具。
常用的光学测量技术
常用的光学测量技术引言光学测量技术是一种利用光的特性进行测量和检测的方法。
它广泛应用于各个领域，如工业制造、生物医学、环境监测等。
本文将介绍一些常用的光学测量技术，包括激光干涉仪、激光雷达、拉曼光谱等，并对其原理和应用进行详细阐述。
1. 激光干涉仪1.1 原理激光干涉仪是一种基于干涉原理的测量技术。
它利用激光束在空间中的干涉现象来实现对物体形状、表面粗糙度等参数的测量。
激光干涉仪通常由激光器、分束器、反射镜和探测器等组成。
当激光束经过分束器后，被分成两束相干的激光束，分别照射到待测物体上并经过反射后再次汇聚在一起。
根据两束激光束之间的相位差，可以推断出待测物体的形状或表面粗糙度。
1.2 应用激光干涉仪广泛应用于工业制造领域，如机械加工、零件测量等。
它可以实现高精度的形状测量，对于需要进行精细加工的零件，可以提供重要的参考数据。
此外，激光干涉仪还可用于非接触式测量，避免了传统测量方法中可能出现的损伤和污染问题。
2. 激光雷达2.1 原理激光雷达是一种利用激光束进行距离测量和三维重建的技术。
它通过发射脉冲激光束并测量其返回时间来计算物体与传感器之间的距离。
同时，根据激光束的方向和角度信息，可以获取物体在三维空间中的位置。
激光雷达通常由激光发射器、接收器、扫描机构和数据处理单元等组成。
通过不断地改变扫描角度和方向，可以获取目标物体在空间中的完整信息。
2.2 应用激光雷达广泛应用于地理测绘、自动驾驶、机器人导航等领域。
它能够实现高精度的距离测量和三维重建，对于需要获取目标物体准确位置信息的应用场景非常有价值。
例如，在自动驾驶中，激光雷达可以提供周围环境的空间结构和障碍物信息，帮助车辆进行精确的导航和避障。
3. 拉曼光谱3.1 原理拉曼光谱是一种分析物质成分和结构的技术。
它利用激光与样品相互作用后产生的拉曼散射光来获取样品的分子振动信息。
拉曼散射光与入射激光之间存在一定的频率差，称为拉曼频移，该频移与样品分子的振动特性密切相关。
光学计量知识点总结
光学计量知识点总结光学计量是一门研究光学器材和系统性能的学科，是光学工程的基础。
它主要包括光学测量、光学检测及光学仪器的校准和标定。
在实际应用中，光学计量技术可以用于光学元件的表面质量检测、光学系统的性能评定和光学仪器的精密标定等方面。
在本文中，将对光学计量的基本知识点进行总结，以便读者对光学计量有一个系统全面的认识。
1. 光学测量基础知识光学测量主要是利用光学装置进行测量的一种方法。
光学测量可以分为两大类：一是利用光的传播规律进行测量，如利用光的反射、折射和干涉等现象进行测量；二是利用光的波动性质进行测量，如利用光的波长、频率和相位等进行测量。
在光学测量中，常见的方法有测距、测角、测曲率、测波前形貌等。
2. 光学材料和元件的检测方法光学材料和元件的检测是光学计量的重要内容之一。
常见的光学材料包括玻璃、晶体、塑料、金属等，而光学元件包括透镜、棱镜、反射镜、光栅等。
光学材料和元件的检测方法主要包括表面形貌检测、光学性能检测和尺寸形位检测等。
其中，表面形貌检测常见的方法有干涉法、散射法、显微观察法等；光学性能检测常见的方法有透射率测量、反射率测量、色散性测定、偏振性能测量等；尺寸形位检测常见的方法有投影法、测微术、衍射法等。
3. 光学仪器的校准和标定光学仪器的校准和标定是光学计量的另一重要内容。
校准是指利用已知标准进行检定和调整，以确保仪器测量结果的准确性和可靠性。
常见的光学仪器包括望远镜、显微镜、激光测距仪、光谱仪、干涉仪等。
而标定是指对仪器的性能参数进行定量测定和记录，一般可以通过实验数据的处理和分析来进行。
在光学仪器的校准和标定中，常见的方法有干涉比较法、激光干涉法、角度比较法、频率比较法等。
4. 光学系统的性能评定光学系统的性能评定是光学计量的又一重要内容。
光学系统通常是由多个光学元件组成的一个整体，其性能评定是指对光学系统的成像质量、分辨率、畸变、像散等进行全面评价。
在光学系统的性能评定中，常见的方法有MTF（Modulation Transfer Function）曲线法、光斑跟踪法、畸变校正方法等。
光学测量与光学工艺知识点答案
目录第一章基本光学测试技术 (2)第二章光学准直与自准直 (5)第三章光学测角技术 (9)第四章：光学干涉测试技术 (12)第六章：光学系统成像性能评测 (15)第一章 基本光学测试技术• 对准、调焦的定义、目的；对准又称横向对准，是指一个对准目标（？）与比较标志（？）在垂直瞄准轴（？）方向像的重合或置中。
例：打靶、长度度量人眼的对准与未对准：对准的目的：1.瞄准目标（打靶）；2.精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。
调焦又称纵向对准，是指一个目标像（？）与比较标志（？）在瞄准轴（？）方向的重合。
人眼调焦：调焦的目的 ：1.使目标与基准标志位于垂直于瞄准轴方向的同一个面上，也就是使二者位于同一空间深度；2.使物体（目标）成像清晰；3.确定物面或其共轭像面的位置——定焦。
121'2'1'P 2'2''•人眼调焦的方法及其误差构成；常见的调焦方法有清晰度法和消视差法。
清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。
调焦误差是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。
消视差法是以眼镜在垂直平面上左右摆动也看不出目标和标志有相对横移为准的。
误差来源于人眼的对准误差。
（消视差法特点：可将纵向调焦转变为横向对准；可通过选择误差小的对准方式来提高调焦精确度；不受焦深影响）•对准误差、调焦误差的表示方法；对准误差的表示法：人眼、望远系统用张角表示；显微系统用物方垂轴偏离量表示；调焦误差的表示法：人眼、望远系统用视度表示；显微系统用目标与标志轴向间距表示；•常用的对准方式；常见的对准方式有压线对准，游标对准，夹线对准，叉线对准，狭缝叉线对准或狭缝夹线对准。
•光学系统在对准、调焦中的作用；提高对准、调焦精度，减小对准、调焦误差。
•提高对准精度、调焦精度的途径；使用光学系统进行对准，调焦；光电自动对准、光电自动调焦；•光具座的主要构造；平行光管（准直仪）；带回转工作台的自准直望远镜（前置镜）；透镜夹持器；带目镜测微器的测量显微镜；底座•平行光管的用途、简图；作用是提供无限远的目标或给出一束平行光。
光学测试技术-第1章-基本光学测量技术1
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§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
②消视差法 人眼通过望远镜调焦时，眼睛在出瞳面上摆动的最大距离受出瞳直径 的限制。同时，在视网膜上像的位置由进入眼瞳的成像光束的中心线 与视网膜的交点决定。因此眼瞳的有效移动距离为b，实际移动距离
为t，且： b t
b b
t
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§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
＝2y 2 250
D
D
＝500 ＝500 60 0.25 278 D 270 0.1
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§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
（3）对准误差与分辨率的关系 望远镜的对准误差为 ，显微镜的对准误差
为 y 250 (mm) 。似乎可以得到随Γ的增加，对准误差可以一直减
2223sin62nanunx?????11光学测量中的对准与调焦技术22武汉大学电子信息学院总的调焦标准不确定度和扩展不确定度分别为2223231??????????????????nannafnueqex??22232316???????????????????nannafnueqex??222322?????????????????nannafneqe??11光学测量中的对准与调焦技术23武汉大学电子信息学院消视差法其推导过程与清晰度法一致
二、对准误差和调焦误差
• 对准以后，眼睛的对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中 心的夹角表示； • 定焦以后，眼睛的调焦不确定度以目标和标志到眼瞳距离 的倒数之差表示； • 眼睛通过光学仪器去对准或调焦的目的是利用仪器的有效 放大率和有利的比较标志以降低对准误差和调焦误差。所以 对准误差和调焦误差应该以观察仪器的物方对应值表示。
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物理实验技术中常用的光学测量方法与原理
物理实验技术中常用的光学测量方法与原理光学测量是物理实验技术中常用的一种测量方法，它利用光的传播和相互作用特性，通过光学仪器对待测物体进行测量。
光学测量方法广泛应用于材料科学、物理学等领域，并在工业生产中发挥着重要作用。
本文将介绍一些常用的光学测量方法与原理。
1. 散射光测量法：散射光测量法是通过测量物体发射或散射出的光的强度、频率等特性来获得物体的信息。
例如，在材料科学中，可以利用散射光测量物体的粒径、形状等物理特性。
散射光测量法的原理是利用物体表面或内部的不均匀性，使光发生散射或透射，然后通过光学仪器进行测量。
常用的散射光测量方法有动态光散射、静态光散射等。
2. 干涉测量法：干涉测量法是利用光的干涉现象来测量物体的形状、表面质量等。
干涉测量法的原理是将测量光和参考光进行相干叠加，通过干涉现象来获得物体的信息。
例如，在工业制造中，可以利用干涉测量法来检测零件的平整度、平行度等指标。
干涉测量法常用的技术有白光干涉、激光干涉等。
3. 折射测量法：折射测量法是通过测量光在物体内部的折射角、入射角等来获得物体的折射率、光学性质等。
折射测量法的原理是利用折射定律和光的传播特性进行测量。
在材料科学中，折射测量法常用于测量材料的折射率、透明度等参数。
具体的测量方法有自由空间测量法、腔内测量法等。
4. 光敏测量法：光敏测量法是利用材料对光的敏感性来进行测量。
光敏测量法的原理是通过测量材料对光的吸收、发射等特性，获得材料的光学性质。
例如，在光学器件制造中，可以利用光敏测量法来测量材料的吸收系数、光学响应时间等。
光敏测量法常用的技术有吸收光谱法、发射光谱法等。
总之，光学测量方法应用于物理实验技术中，可以从不同角度、不同测量原理来获取物体的信息。
散射光测量法、干涉测量法、折射测量法和光敏测量法都是常用的光学测量方法，它们在材料科学、物理学等领域起着重要作用。
通过不断研究和发展光学测量技术，我们可以更好地理解物质的性质和行为，为科学研究和工业生产提供有力支持。
光学测量技术及仪器幻灯片PPT
3.阿贝折射仪及使用方法
10.读数望远镜;
1.测量望远镜;
11.转轴; 12.刻度盘罩; 13.闭合旋钮;
14.底座。
2.消散手柄; 3.恒温水入口;
4.温度计;
5.测量棱镜; 6.铰链; 7.辅助棱镜; 8.加液槽; 9.反射镜;
阿贝折射仪外形图
阿贝折射仪及使用方法
(1)仪器安装:将阿贝折射仪安放在光亮处，但应避免阳光的直接照射，以 免液体试样受热迅速蒸发。用超级恒温槽将恒温水通入棱镜夹套内， 检查棱镜上温度计的读数是否符合要求(一般选用(20.0±0.1)℃或 (25.0±0.1)℃)
异丙醇溶解在环己烷中，浓度越大其折 射率越小
2. 测试原理
• 当一束单色光从介质Ⅰ进入介质Ⅱ(两种介
质的密度不同)时，光线在通过界面时改变 了方向，这一现象称为光的折射。 •光的折射现象遵从折射定律:
(1)
式中α为入射角，β为折射角，
nⅠ、nⅡ为交界面两侧两种介质的折射率; n 为介质Ⅱ对介质Ⅰ的相对折射率。
长范围为420nm～700nm。
• 721型分光光度计也是可见光分光光度计，
是72型分光光度计的改进型，适用波长范 围368nm～800nm。
• 752型分光光度计为紫外光栅分光光度计，
测定波长200nm～800nm，
光光度计面板图
1.数字显示器;2.吸光度调零旋钮;3.选择开关; 4.浓度旋钮;5.光源室;6.电源室;7.氢灯电源开关; 8.氢灯触发按钮;9.波长手轮;10.波长刻度窗; 11.试样架拉手;12.100%T旋钮;13.0%T旋钮; 14.灵敏度旋钮;15.干燥器。
式中r为常n液 数 ；sn棱irn =1n.液 2 75 。s测i2n 出‘ 0β0c′o 即rs可si求n 0 ’ ， 出n液。(3因) 为在
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§1精密测角仪
三、JC-1型精密测角仪的单元技术
（一）空气静压轴承 在结构设计中采用双半球孔节流，背靠背结构形式增大了跨 距，两半球能自立，无干涉，空气轴承的运动和静止部分之间 被一层空气包围，摩擦系数极小，且动、静之间无变化，无低 速爬行。由于靠气膜而不是靠机械变形支撑，因此具有很高的 臵中性能，很适合作计量光栅的回转基准。 （二）角度基准器 一块 410m m 刻线129600条的圆光栅安装在空气轴承上，采用 平行光照明，提取以此相差 / 2 的四路正余弦信号，光栅误 差曲线经谐波分析后，认为选取八读数头系统较好，为了获
§1精密测角仪
二、JC-1型精密测角仪工作原理
JC-1型精密测角仪是我国自行设计。研制成功的新型动态 测角仪。该仪器在设计中采用积木式及结构，可进行多种组 合以满足测角、测量光学材料折射率、测量光栅分度元件的 刻划误差等的需要。该测角仪利用微机控制测角过程、修正 分度误差及进行数据处理；能自动寻找最小偏向角，以最小 偏向角法自动测量光学材料折射率，其功能如图3-1所示。 仪器主要由角度基准器、动态光电自准直仪、传动系统及 电器柜等组成，如图3-2所示。
§1精密测角仪
三、JC-1型精密测角仪的单元技术
（三）动态光电自准直仪 自准直仪是精密测角仪重要组成部分，其主要功能是：动态 自动取数，静态人工读数和接受谱线完成最小偏向角的测试。 动态测量---由平面反射镜返回的光线或光谱灯发出的单色 光经分束镜分成两部分，一部分成像在分划板上，完成目视测 量；另一路有两块直角棱镜等分成两部分，经两个狭缝分别有 两支R456光电倍增管转换成电信号，两信号具有一固定相位 差，经差分放大等电路处理后，给出一对称脉冲，以次脉冲提 取角度信息锁存、显示，完成动态测量，如图3-3所示。 用动态角度基准作为动态测量角度值的方式必须适应动态采样 速度响应的要求，其光路原理如图3-4所示。
§1精密测角仪
一、精密测角仪概述
第一代测角仪----用光学度盘作基准器的测角仪（测量不 确定度多数为秒级，如英国60年代生产的C-20型测角仪，不 确定度1″，分辨率0.1″； 第二代测角仪----利用光栅做成的数显转台，不确定度达 十分之一秒级，如我国航天航空工业部与1985年研制成功的 精密数显转台，角分辨率为0.01 ″,不确定度为0.22 ″； 西德70年代末研制的210转台，分辨率为0.02 ″ ，不确定 度为0.15 ″ 。 第三代测角仪----以电子计算机控制的具有自动测角功能 的精密测角仪，如日本的用于角度编码器的自动校准系统， 可以5转/分的转速动态测角，微机修正误差和数据处理分辨 率为0.0135 ″ ，不确定度优于0.3 ″
§1精密测角仪
三、JC-1型精密测角仪的单元技术
得高质量光栅信号供电子电路细分，其结构设计的要点是： 采用高精度回转精度；长焦距平行光管发出的平行光照明； 多读数头合成；大视场接受；优化系统参数设计等，从而获 得了能满足500细分要求的光栅信号。原始信号经电路处理和 500细分后，其分辨率为
3600 0.02 129600 500
§1精密测角仪
一、精密测角仪概述
近年来，利用计量光栅的测角技术发展迅速，精度越来越 高，应为圆周误差是封闭的，很容易采用全积分或多头读数 法将圆光栅的刻划误差减小，使测角系统具有较高的测角准 确度；同时随着微电子技术的发展，将光栅的一个刻线周期 等分成百份甚至上千份都是能够办到的，因此可以获得很高 的角分辨率；计量光栅还具有信号强、反差高非接触、响应 速度快和便于控制等特点，因此它广泛应用于角度的计量中。 国内外著名的精密测角仪，其角度基准器几乎都是利用计 量光栅制成的。
§1精密测角仪
二、JC-1型精密测角仪工作原理 动态光电自准直仪在收到自准信号后，形成对准脉冲，以 此脉冲锁存角度基准器角度值并显示在面板上同时送计算机 采集。 JC-1型精密测角仪之所以能达到不确定度U 0.19（峰峰 值），主要是测角仪中有几个关键单元技术达到较高水平。 三、JC-1型精密测角仪的单元技术 （一）空气静压轴承 空气轴承为计量光栅提供了优良的轴系。用于测角的空气轴 承回转精度高（运动误差小于0.025μm），刚度高。曾在转 台上 R 200 mm 处值1.3公斤铅块，在此条件下检验测角仪精 度与加载前物变化。
二、JC-1型精密测角仪工作原理
角度器件 动态测试仪 编码器，联轴节 读数头编码ຫໍສະໝຸດ ，联轴器光栅+
精密测角仪
谱线发光管
+
角基准器+光电自准直仪 棱镜、角度块、多面体
+
折射率测量仪 自寻
光栅检验仪 光栅盘，度盘等
图3-1
JC-1型精密测角仪功能图解
§1精密测角仪
二、JC-1型精密测角仪工作原理
由CMC-80单板机按预定速度控制无刷力矩电机直驱空气轴 承转台。由测速机信号组成的速度环及光栅信号给出的位臵 环控制转台转动，获得了低速下的高稳定性传动。 角度基准器使用了一块刻线数为129600线光栅，由同一光 源发出的光被对称的分成八路，形成平行光后照射在八个光 栅副上，莫尔条纹光信号经硅光电二极管转换成电量，并给 出 sin , cos , sin , cos 四路信号，采用载波调制锁相倍频 技术细分为五百等份后，一度分秒共九位数字显示在面板上 或送计算机采集。
第三章 基本光学测量技术
第一节 光电测量用的精密测角仪
第一节 光电测量用的精密测角仪
角度计量是计量科学的重要组成部分，随着生产和高科技 的发展，对角度计量的要求日益增多，测角技术及其测量准 确度因为在不断提高。光学测量所涉及的许多量是可以通过 测量角度后间接得到的，例如棱镜角度的偏差、反射棱镜角 度的光学平行差、玻璃材料的折射率、光学系统的焦距、自 聚焦透镜的数值孔径等。 角度测量的方法和仪器很多，例如光学角度规、水平仪、 测角仪、光学分度头、分度台、经纬仪、罗盘、体视望远镜、 周视瞄准镜等。精密测角仪是实现任意角高精度测量的重要 仪器之一，也是光学测量实验室的基本仪器。 测角仪的关键部件是圆分度器件，圆分度是指对圆周的分 度，角度测量就是使被测的角度量与圆分度进行比较。 实现圆分度的器件有很多种，常用的是度盘，其它还有多 面体、圆光栅、光学轴角编码器、同步感应器等。