光栅尺原理及其应用
多圈旋转光栅尺
多圈旋转光栅尺多圈旋转光栅尺是一种常见的测量仪器，它通过测量光栅尺上的光栅线数来确定被测量物体的位置。
本文将介绍多圈旋转光栅尺的原理、结构和应用。
一、原理多圈旋转光栅尺的原理基于光的干涉。
光栅尺是一种具有精细刻线的透明玻璃或金属片，上面有若干平行的刻线。
当光通过光栅尺时，会发生干涉现象，通过测量干涉条纹的数量和位置，可以确定物体的位移。
二、结构多圈旋转光栅尺由光栅尺、读数头和信号处理部分组成。
光栅尺通常由透明的玻璃或金属片制成，上面有若干平行的刻线。
读数头是与光栅尺相连的装置，通过光电转换将光信号转化为电信号。
信号处理部分负责接收和处理读数头输出的电信号，计算出被测量物体的位移。
三、工作原理当光通过光栅尺时，会与刻线发生干涉，形成干涉条纹。
读数头接收到干涉条纹后，将其转化为电信号。
根据光栅尺上的刻线数和光栅尺的旋转角度，可以计算出被测量物体的位移。
多圈旋转光栅尺通过增加光栅尺的刻线数和旋转角度的范围，提高了测量的精度和范围。
它可以同时测量多个圈数，适用于需要高精度和大范围测量的场合。
四、应用多圈旋转光栅尺广泛应用于各个领域的测量和控制系统中。
以下是几个常见的应用示例：1. 机械加工：多圈旋转光栅尺可以用于测量和控制机床、数控机床和加工中心的运动。
通过监测光栅尺的位移，可以实现精确的加工和控制。
2. 电子设备：多圈旋转光栅尺可以用于测量和控制半导体设备、平板显示器设备和光学仪器的运动。
它可以提高设备的精度和稳定性，保证产品质量。
3. 汽车行业：多圈旋转光栅尺可以用于测量和控制汽车底盘、悬挂系统和转向系统的运动。
通过监测光栅尺的位移，可以实现精确的操控和控制。
4. 航空航天：多圈旋转光栅尺可以用于测量和控制飞机、导弹和卫星等航空航天器的运动。
它可以提高航空航天器的精度和稳定性，保证飞行安全。
总结：多圈旋转光栅尺是一种常见的测量仪器，通过测量光栅尺上的光栅线数来确定被测量物体的位置。
它具有高精度和大范围测量的特点，广泛应用于各个领域的测量和控制系统中。
光栅尺应用场合
光栅尺应用场合
光栅尺应用场合
光栅尺是一种常见的测量工具，它主要应用于需要高精度测量的场合。
光栅尺的工作原理是利用光栅的周期性结构，通过光电传感器将光栅的位移转换为电信号，从而实现测量。
光栅尺的应用场合非常广泛，其中最常见的是机床加工领域。
在机床加工中，需要对工件进行高精度的测量，以确保加工精度和质量。
光栅尺可以被安装在机床上，通过与工件接触，实现对工件位置和尺寸的测量。
由于光栅尺具有高精度、高灵敏度和高稳定性等特点，因此在机床加工中得到了广泛的应用。
除了机床加工领域，光栅尺还可以应用于其他需要高精度测量的场合。
例如，光栅尺可以被用于半导体制造中，用于测量芯片的尺寸和位置。
此外，光栅尺还可以被用于光学仪器中，用于测量光学元件的位置和角度。
在科学研究中，光栅尺也被广泛应用于精密测量和实验中。
光栅尺是一种非常重要的测量工具，它在需要高精度测量的场合中得到了广泛的应用。
随着科技的不断发展，光栅尺的应用范围也在不断扩大，未来光栅尺将会在更多的领域中发挥重要作用。
光栅尺工作原理
光栅尺工作原理光栅尺是一种精密测量仪器，常用于工业自动化领域中的位置测量。
它通过光学原理来测量物体的位移，并将其转换为数字信号输出。
下面将详细介绍光栅尺的工作原理。
一、光栅尺的构成和工作原理光栅尺主要由光栅条、读取头和信号处理器组成。
光栅条是一种具有高精度刻线的透明玻璃或金属材料，上面刻有一系列等距的光栅线。
读取头由光电二极管组成，它通过感应光栅条上的光栅线的变化来产生电信号。
信号处理器则负责接收并处理读取头产生的电信号。
光栅尺的工作原理是基于光的干涉现象。
当光束照射到光栅条上时，光栅线会使光束发生干涉，形成一系列亮暗相间的干涉条纹。
读取头接收到这些干涉条纹后，会将其转换为电信号。
二、光栅尺的测量原理光栅尺通过测量干涉条纹的位移来确定物体的位移。
当物体发生位移时，光栅尺也会随之移动，导致干涉条纹的位置发生变化。
读取头会感应到这些变化，并将其转化为电信号。
信号处理器会对读取头输出的电信号进行处理，通过计算干涉条纹的位移量来确定物体的位移。
一般来说，信号处理器会将电信号转换为数字信号，并通过数学运算来计算出位移的数值。
三、光栅尺的精度和应用光栅尺的精度取决于光栅条上的光栅线数量和间距的精度，以及读取头的灵敏度和分辨率。
一般来说，光栅尺的分辨率可以达到亚微米级别，具有很高的测量精度。
光栅尺广泛应用于各种需要精确测量位置的领域，如数控机床、半导体制造、精密仪器等。
它可以实现高精度的位移测量，并具有快速响应、抗干扰能力强等特点。
四、光栅尺的优势和局限性光栅尺相比其他位移传感器具有一些明显的优势。
首先，光栅尺具有高分辨率和高精度，可以满足很多精密测量的需求。
其次，光栅尺响应速度快，可以实时监测物体的位移变化。
此外，光栅尺结构简单、体积小，易于安装和维护。
然而，光栅尺也存在一些局限性。
首先，光栅尺对环境光的干扰比较敏感，需要在较为恒定的光照条件下使用。
其次，由于光栅尺的工作原理，其测量范围相对较小，一般在几米以内。
光栅尺的应用与原理
光栅尺的应用与原理光栅尺的结构是由有刻有窄的等间距的线纹标尺光栅和读数头组成，读数头是由刻有与标尺光栅光刻密度相同好的指示光栅、光学系统和光路原件等组成。
标尺光栅与尺度光栅与一定间距平行放置，并且他们的刻度线相互倾斜一定角度@，标尺光栅固定不动，指示光栅沿着垂直线条纹方向运动，光线照在标尺光栅上放射或者投射在指示光栅并发生光的衍射，产生明暗相间的莫尔条纹，光电探测器检测莫尔条纹的宽度变化并将其转换成电信号输出给控制装置。
莫尔条纹的特点：1.莫尔条纹的移动与光栅栅距之间的移动关系，光栅移动一个条纹，莫尔条纹正好移动一个条纹。
2.莫尔条纹的放大作用：B=W/(2SIN2/2)=W/2主要的元件：发光LED, 标尺光栅，指示光栅，光电探测器。
光栅的选用：选用光栅要综合考虑一下几个要素：1.考虑被测物理量的性质，要根据呗测量的行程和精度要求选择量程和精度，根据被测量的最大速度确定光栅尺的最大移动速度以及是否需要基准标记和相位开关传感器，要什么形式的光栅。
2.根据控制器可以控制的信号的类型选择光栅输出类型，还要考虑接口的硬件匹配。
3.根据工作条件确定光栅尺应具备在何种环境下工作的能力4.根据被测的物体考虑安装方案。
考虑到空间，方向等问题。
5.设计电缆的长度6.价格和服务7.市场的方便，型号的选择。
光栅的主要技术参数：分辨率：表征的测量精度，有5.0um ，1.0um ,0.5um ,0.1um输出波形：方波和正弦波两种。
按控制的形式：数字量和模拟量，要与控制器匹配。
测量周期：没测一次所需的时间测量长度：可以应许的测量范围测量方式：绝对值和识字增量坐标使用温度：5----45度供电电源：一般为+5+5%，电流大小为120mA最大移动速度：要大于要求值最小时钟频率：要保证控制器的频率高于要求值。
安装：把光栅尺贴在平台的固定部分上。
安装要用专用工具，保证光栅的安装合付要求（水平度、垂直度）。
读数头要安装在平台的移动部分上。
简述光栅尺工作原理及应用
简述光栅尺工作原理及应用光栅尺是一种精密测量仪器，常用于机床、测量仪器等精密加工和检测系统中。
其工作原理基于光学原理和电子技术原理，利用光栅条纹和光电检测器之间的相互作用来实现长度、角度等物理量的测量。
本文将对光栅尺的工作原理和应用进行详细介绍。
一、光栅尺的工作原理光栅尺的基本构成是光栅条纹和光电检测器，其中光栅是由一系列平行的条纹组成的线性光栅，条纹的宽度和间距非常小，精度可达到亚微米级别。
光电检测器则是光电二极管或双晶电子扫描器等电子元器件，能够将光信号转化为电信号。
光栅尺通过将光源、光栅和光电检测器组合在一起，实现对长度、角度等物理量的非接触式测量。
光栅尺的工作原理可以分为三个过程：1、光栅的发光和透射：光栅的条纹宽度和间距非常小，通常在几十或者几百微米范围内，人眼无法看到。
当光源照射到光栅上时，光栅的条纹会发生透射和反射，形成特定的光学线条。
2、光学信号的检测：光电检测器可以将光学信号转化为电学信号，其中包含光栅条纹的信息。
在实际应用中，光电检测器可以采用光电二极管、双晶电子扫描器等元件。
当光学信号入射到光电检测器上时，会产生电流，电流强度与光学信号的亮度成正比。
3、信号处理和计量：将光栅尺检测到的电信号转化为数值信号，可以通过A/D 转换器将模拟信号转换为数字信号进行记录和处理。
最终，数值信号经过处理得到物理量的数值输出。
除了基本的线性光栅，还有二维、三维光栅尺，其原理和线性光栅类似，不同点在于二维和三维光栅尺可以测量物体的超出线性运动轨迹的角度和形状等复杂运动规律。
二、光栅尺的应用光栅尺广泛应用于精密加工和检测系统中，如机床、精密仪器和制造业等多个领域。
光栅尺的应用主要有以下几个方面：1、长度测量：光栅尺可以测量物体的线性运动轨迹长度，其精度可达到亚微米级别。
光栅尺广泛应用于机床、加工中心、激光加工机等多个领域，能够测量工件、刀具和加工台等物体的长度和移动轨迹。
2、角度测量：光栅尺还可以测量物体的角度，其精度可达到亚角秒级别。
光栅尺的应用与原理
光栅尺的应用与原理1. 光栅尺的基本原理光栅尺是一种常见的测量设备，它基于光的干涉原理来实现高精度的位置测量。
光栅尺通常由一个光纤和一个光栅片组成。
光栅片上刻有一系列等距的光栅线，并且与光纤的输出端相遥相对称。
当激光通过光栅片时，会发生光的衍射现象。
根据光波的干涉原理，我们可以通过测量干涉光的相位差来确定光栅片的位置。
光栅栅片的位移通常由编码器或其他测量装置提供，并将其转换为数字或模拟信号输出。
2. 光栅尺的应用领域光栅尺广泛应用于高精度测量和定位系统中。
以下是一些常见的应用领域：2.1 机械制造在机械制造领域中，光栅尺常用于数控机床、线切割机和加工中心等设备的位移测量。
光栅尺能够提供高精度的位置反馈，以确保加工精度和工件质量。
2.2 光学测量光栅尺可作为测角仪、测高仪和光栅扫描仪等光学测量设备的重要组成部分。
例如，在光栅扫描仪中，光栅尺可用于测量扫描平台的位置和速度，从而实现高精度的图像采集和重建。
2.3 科学研究在科学研究中，光栅尺常用于实验仪器和设备的位置控制。
光栅尺能够提供非接触式、高精度的位置反馈，满足科学研究中对测量精度和稳定性的要求。
3. 光栅尺的优势和挑战光栅尺相对于其他测量方法具有一些显著的优势，但也存在一些挑战。
3.1 优势•高精度：光栅尺可以实现亚微米级的测量精度，满足更高精度的测量需求。
•高稳定性：光栅尺具有较好的温度稳定性和抗干扰能力，适用于复杂环境下的测量。
•高速度：光栅尺可以实现快速的测量响应和高频率的采样速率，适用于高速运动的测量场景。
3.2 挑战•灵敏度：光栅尺对环境中的振动、动态干扰和温度变化等因素较为敏感，可能影响测量结果的精度和稳定性。
•安装调试：光栅尺的安装和调试对操作人员的要求较高，需要保证光栅尺与其他部件的正确对齐和校准。
•价格：相对于传统的位置传感器，光栅尺的价格较高，对于一些应用领域来说，成本可能是一个考虑因素。
4. 结论光栅尺作为一种高精度测量设备，在多个领域中都有广泛的应用。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理光栅尺是一种用于测量和检测物体位置的精密测量仪器，广泛应用于机械加工、自动化控制和精密测量领域。
其工作原理基于光学干涉原理和编码技术，能够实现高精度的位置测量。
光栅尺的主要组成部分包括光源、光栅、检测器和信号处理器。
光源发出一束平行光线照射到光栅上，光栅是由一系列等距的透明和不透明条纹组成的，这些条纹被称为光栅线。
当光线通过光栅时，会发生折射和衍射现象。
光栅尺的工作原理可以分为两种类型：增量式和绝对式。
1. 增量式光栅尺工作原理：增量式光栅尺通过测量光栅线的移动来确定物体的位置。
当物体移动时，光栅线也会相应地移动。
光栅尺上的检测器会接收到经过光栅衍射的光信号，并将其转换为电信号。
信号处理器会对电信号进行处理，计算出物体的位移或位置信息。
2. 绝对式光栅尺工作原理：绝对式光栅尺通过在光栅上编码信息来直接确定物体的位置。
光栅上的每一个光栅线都被编码成独特的二进制码。
检测器接收到经过光栅衍射的光信号后，会将其转换为对应的二进制码。
信号处理器会将二进制码转换为物体的绝对位置信息。
光栅尺的工作原理基于光学干涉原理。
当光线通过光栅时，会发生衍射现象，即光线会在光栅上产生干涉条纹。
这些干涉条纹的形状和间距与光栅的结构参数相关。
通过测量干涉条纹的特征，可以计算出物体的位移或位置信息。
光栅尺的精度受到多个因素的影响，包括光栅线的间距、光源的稳定性、检测器的灵敏度等。
为了提高测量精度，光栅尺通常采用高精度的光栅和稳定的光源，同时配备高分辨率的检测器和精密的信号处理器。
总结起来，光栅尺的工作原理基于光学干涉原理和编码技术，能够实现高精度的位置测量。
通过测量光栅线的移动或解码光栅上的信息，可以确定物体的位移或位置信息。
光栅尺在机械加工、自动化控制和精密测量领域具有重要的应用价值。
光栅尺原理及其应用
光栅尺原理及其应用光栅尺（Grating ruler）是一种光学测量仪器，其原理是利用光的干涉和衍射现象进行距离、角度和位移的测量。
光栅尺广泛应用于工程测量、机床控制、精密机械、光学仪器等领域。
光栅尺的原理是基于衍射和干涉现象。
光栅尺由一条分有许多等距的刻纹线的刻度尺组成，刻度线被均匀间隔的切割成小块，形成一系列等宽的透光条纹。
当入射光通过光栅尺时，每个透光条纹会发生衍射和干涉，形成衍射光栅，根据衍射光栅的模式，可以测量出光栅尺相对运动的距离、角度和位移。
光栅尺的应用主要有以下几个方面：1.机床控制：光栅尺广泛应用于机床的位置和位移测量。
光栅尺可以安装在机床上，通过测量光栅尺与工作台、刀架等物体的相对位置和位移来控制机床的运动。
由于光栅尺具有高精度、高分辨率和稳定性好等特点，因此可以实现精密机床的高速和高精度控制。
2.工程测量：光栅尺在工程领域常用于长度、角度和位移的测量。
例如，用光栅尺测量建筑物的长度、角度和水平度等参数，或者测量机械零件的尺寸和位置等。
由于光栅尺具有高测量精度和可靠性，可以满足工程测量中对精度和稳定性的要求。
3.光学仪器：光栅尺广泛应用于光学仪器中。
例如，用光栅尺测量显微镜中物体的尺寸和位置，或者用光栅尺测量光学元件的角度和偏移等。
由于光栅尺具有高分辨率和稳定性，可以提高光学仪器的测量精度和可靠性。
4.科学研究：光栅尺在科学研究中也有广泛的应用。
例如，用光栅尺测量物体的动态参数，如振动和加速度等。
光栅尺可以将物体的运动转化为光学信号，通过对光学信号的处理和分析，可以得到物体的运动参数。
由于光栅尺具有高灵敏度和快速响应的特点，可以满足科学研究中对运动参数测量的要求。
总之，光栅尺原理基于光的干涉和衍射现象，通过测量衍射光栅的模式，可以实现对距离、角度和位移等参数的测量。
光栅尺广泛应用于机床控制、工程测量、光学仪器和科学研究等领域，具有高精度、高分辨率和稳定性好等特点，可以满足各种领域中对测量精度和可靠性的要求。
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W = P /θ
误差的平均效应
δ δ =± N
3 光栅信号与位移的对应关系 移过的条纹数与栅距一一对应 光栅移过一个栅距 莫尔条纹移过一个条纹宽度W
4
信号波形的正弦性
5
共模漂移 取Vcp点灵敏度最高 稳定性好
6
反差
Md =
V p− p Vcp
Vmax − Vmin =2 Vmax + Vmin
二
第七章
第1节 莫尔 一 概述
莫尔条纹技术
Moire 条纹形成的原理 Moire Fringe
200年前法国丝绸工人发现 称为莫尔条纹 在工程上的应用上世纪五 六十年代 原因
1 采用照相技术制造黑白相间的计量光栅实现了廉价和成批制 造 2 发展了莫尔信号的电子细分技术 目前应用 测长 测角 定位等等 机床 仪器应用很广 变形测试 三维轮廓测试等
三坐标测量机的作用不仅是由于它比传统的计量仪 器增加了一 二个坐标 使测量对象广泛 而且它的生 命力还表现在它已经成为有些加工机床不可缺少的伴侣 例如它能卓有成效地为数控机床制备数字穿孔带 而这 种工作由于加工型面愈来愈复杂 用传统的方法是难以 完成的 因此 它与数控“加工中心”相配合 已具有 “测量中心”之称号 现代三坐标测量机几乎都是计算机数字控制 (C N C型) 这种测量机的水平较高 象数控机床一样 可按 照编好的程序进行自动测量
2
光电转换与信号处理 光电二极管 光电三极管 硅光电池 硒光电池
接收器 等
信号处理方法及细分方法类似激光干涉仪
不确定度指标 尚无光栅尺不确定度的标准 1 2 用全长最大误差表示准确度 英国MT光栅尺小于914mm时其不确定度为±0.00127mm 用精度考核公式 4L 2 + µm 1000
空域相位测量技术只用一幅干涉图来解调相位信息 种技术有多种方法,但它们的本质是相同的 包括 a.移相莫尔法 b.空域移相法 c.傅氏变换法等
物体的三维轮廓测量在高速在线检测 质量控制 机器/机器人视觉 反求工程 CAD/CAM以及医疗诊断 等领域的应用日益重要 具有非接触特性的光学测量方 法由于其高分辨率 无破坏 数据获取速度快等优点而 被公认为最有前途的三维轮廓测量方法 光学投影式轮廓测量系统是宏观光学轮廓仪中最有 发展前途的一种 在以此为基础的众多轮廓测量法中,比 较典型的有激光逐点扫描法 光切法 莫尔等高法和基 于相位测量的傅氏变换法 移相法等 未来的发展方向 将是具有自适应投影能力及图像处理能力的轮廓测量系 统
三坐标测量机简介 三坐标测量机是60年代后期发展起来的一种高效率的精 密测量仪器 它的出现 一方面是由于生产发展的需要 即 高效率加工机床的出现 产品质量要求进一步提高 复杂立 体形状加工技术的发展等都要求有快速 可靠的测量设备与 之配合 另一方面也由于电子技术 计算技术及精密加工技 术的发展 为三坐标测量机的出现提供了技术基础 三坐标 测量机目前广泛应用于机械制造 仪器制造 电子工业 航 空和国防工业各部门 特别适用于测量箱体类零件的孔距和 面距 模具 精密铸件 电子线路板 汽车外壳 发动机零 件 凸轮以及飞机型体等带有空间曲面的工件
应用时尚有一些技术 可参考有关专著
用移动光栅法消除高次莫尔噪声项
基于上述传统的莫尔等高法发展了一系列改进方法 列举如下 可参考有关文章 1 时域相位测量技术 时域相位测量技术的代表形式是移相式轮廓测量法
兹
移相法有多种方案,出现较早的N步法将投影到物体表面 的正弦光栅条纹移动N次,每次移动的相位值为2 /(N+1),从 而得到N+1幅图像 除此之外还有N段积分法 等 2 空域相位测量技术 这 N+1步法 Carré 最小二乘法
三
衍射干涉原理
光栅副配置图
光栅副的衍射波列 两次衍射级次分别为n m q n m 称为综合级序 相同的分量有同一衍射方向 称为q级组或q级群 q
四 1
频谱分析原理 傅立叶频谱
对于矩形光栅这种空间周期结构 其调制光场可展成 傅立叶级数表示
f ( x) =
n = −∞
∑C
∞
n
exp( jnωx)
1 P/2 Cn = ∫ f ( x) exp(− jnωx) P −P / 2
第3节 莫尔条纹相关技术 1 光栅的零位 前述增量式光栅 无零位 解决方案 但实际中经常需要零位
增加一个零位光栅
例如
零位光栅编码 1表示透光
0表示不透光
1010010011010110001000001110100011001010000001010011 最大通光面积与次大通光面积比为
φ0 / φm = 21 / 7 = 3
三坐标测量机的结构类型有下列几种 1 悬臂式 z轴移动(图A21a)
这类测量机的工作台 其左右方向开阔 操作方便 缺点 是z轴在悬y轴上移动 容易引起y轴的挠曲 使y轴的测量范围 受到限制(一般不超过500mm) 2 悬臂式 y轴移动(图A21b)
这类测量机布局的特点是 z 轴固定在悬 y 轴上 并同 y轴一 起前后移动 有利于装卸工件 缺点是悬臂在 y 轴方向移动 重心变化比较明显 3 龙门式(图A21 c d) 适用于大型测量机 x 轴的移动距
2
径向圆光栅
d
经向光栅
e 形成的条纹
f 形成条纹的解析图
条纹宽度 R 2s α
R 2α W= 2s
光栅上某点的半径 两圆光栅中心距 圆光栅角节距
圆光栅读数头
3 1
准确度指标 间隔误差 两栅线组的圆心角和理论圆心角之差
2 直径误差 对经两组刻线相对理论位置偏差的平 均值 φ角位置的直径误差是
xϕ =
τ ∞ 2τ f ( x) = + ∑ [sin c(nωτ / 2)]cos(nωτ ) P n =1 P
2π /P称为基频
对一对光栅副G1
G2
f (T ) = f (G1 ) f (G2 )
总结 1 2 3
莫尔条纹形成可用三种方式描述
序数方程 衍射原理 频谱分析原理
第2节 光栅读数头 一 莫尔条纹信号的特点 1 2 条纹把位移放大
P′ = P ( h + l ) / l
物体上的光强分布为
φ
由于
1 1 I1 = I 0 + g[2πlx /(h + l ) P ] cos φ 2 2
为入射光与表面法线间夹角
( x0 − x) : h = (d − x) : (h + l )
可求出变形光栅返回并透过光栅平面后的透射率分布函数
莫尔轮廓测定原理 一类将试件光栅和基准光栅合一 测量时观察者 或TV 过光栅观察其阴影 称为实体光栅照射法 简称照射型 透
另一类实体光栅投影法 在待测表面上产生试件光栅的变形 像 将空间变形像栅成像在基准光栅上
1 1
照射型莫尔法 几何原理
相交光线与视线之间隔 开的光栅缝数称为序数 同一序数的明点与光栅 平面的距离相等 N1 N2 >h1 >h2
二 1
直接接收式读数头 单相型
直接接收式读数头
2 1
四相式 输出0 π/2 π 3π/2四相信号 2 以LED为光源
也可用指示光栅裂相刻划获取四相
三 1
镜像式读数头
单块光栅成像式
中心对称的镜像读数头
2
两块光栅式 可以在滤波面滤波 得到G1节距的倍频
Hale Waihona Puke 投影式镜像读数头4
反射式读数头
在机床上用途很广 金属反射型光栅读数头
D
δ ϕ + δ ϕ +180
2
D
δ ϕ 和δ ϕ +180 是在0和180上两组刻线的平均角位置误差
3 直径全中误差 测量范围各点直径误差的均方值
4
应用举例
第5节 莫尔轮廓测定原理 主要用于散射物体的宏观轮廓测量的光学投影式轮廓测量技 术可以分为两大类: 直接三角法:包括激光逐点扫描法 光切法和新近出现的二元 编码图样投影法 相位测量法:相位测量法以测量投影到物体上的变形栅像的相 位为基础,包括莫尔法 移相法 傅氏变换法等等
光栅读数头组成
分光读数头 直接接收式读数头 镜像读数头 反射光栅读数头
组成 光源 准直透镜 指示光栅 光电探测器等
一 1
分光读数头
单相型
当 γ = −α 时
λ sin γ = + sin α P λ sinγ = 2P
2
多相型 相位差
为判向和补偿直流漂移 通常产生两项或四相信号 π或π/2
直读分光型读数头
两光栅交点由栅线序数
令 K 条纹I 条纹II 条纹III
M
N (-3,-1) (-2,-1) (-2,0) (-1,1) (0,2) (1,3) … K K K 2 1 0 (-1,0) (0,1) (1,2) (2,3) …
(-1,-1) (0,0) (1,1) (2,2) (3,3) … P2 相交角θ
hN = NPl /( d − NP )
2
照射法的光场调制原理
令光栅投射率函数为
T ( x) = 1 1 + g (2πx / P ) 2 2
P为光栅节距
g是任意周期函数
则光栅出射面上光强I与入射面上光强I0有如下关系
1 1 I = I 0 + g (2πx / P ) 2 2
当投射到物体上时 变形光栅的节距P'为
将g写成傅立叶级数形式 只考虑莫尔等高项 栅和黑白光栅情况可得 1) 正弦光栅情况 莫尔等高项 2 黑白光栅情况 莫尔等高项
I cos φ 2 [1 + 2 f ( z) = 0 π 4
讨论正弦光
I 0 cos φ 1 2πdh [1 + cos ] f ( z) = 4 2 P(h + l )