精密制造基础-光学测量技术
高精度光学测量微位移技术综述
高精度光学测量微位移技术综述Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022高精度光学测量微位移技术综述***（******大学光电**学院，重庆 400065）摘要微位移测量技术在科学与工业技术领域应用广泛。
光学测量微位移技术与传统测量方法相比，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、防爆、结构简单、体积小、重量轻等优点。
本文介绍了几种高精度光学测量微位移的方法，从激光三角法、激光干涉法、光栅尺法、光纤光栅法、X射线干涉法和F-P干涉法几个类别对各种微位移测量原理和仪器进行了系统的分析和比较，并对各种方法的特点进行了归纳，对光学微位移测量方法的发展趋势进行了概括。
关键词：微位移测量，高精度，光学测量，发展趋势1 引言随着科学技术的发展，微小位移的检测手段已发展到多种，测量准确度也不断提高。
目前，高分辨力微位移测量技术主要分为包含电学、显微镜等测量方法的非光学测量技术和以激光干涉测量为代表的光学测量技术两大类。
电学测量技术又包括电阻法、电容和电感法以及电涡流法等，其中，电容和电感法发展迅速，较为常用。
目前，三端电容传感器可测出5×10－5μm的微位移，最大稳定性为每天漂移几个皮米[1]。
而显微镜测量技术种类较多，主要有高性能透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描探针显微镜（包括扫描隧道显微镜和原子力显微镜）等二十多个品种[2]。
按光学原理不同，光学测量技术可分为激光三角测量[3]、光杠杆法[1,4]、光栅尺测量法[5]、光纤位移测量法[5]和激光干涉法等，测量分辨力在几十皮米到几纳米之间。
此外，利用X射线衍射效应进行位移测量的X射线干涉技术近年来备受关注，其最大特点是以晶格结构中的原子间距作为溯源标准，可实现皮米量级的高分辨力，避免了光学干涉仪的各种非线性误差[6]。
现将主要的具有纳米量级及以上分辨力的微位移测量技术概括如表1所示。
纵观位移测量技术的发展历程，如果说扫描探针技术为高分辨力位移测量领域带来了革命性变革，那么近几十年来激光技术的发展则将该领域带入了一个崭新的时代。
精密仪器专业本科课程设置
精密仪器专业本科课程设置1. 引言精密仪器专业是一门涉及物理、电子、机械和计算机等多学科交叉的学科，旨在培养具备精密仪器设计、制造和测试的能力的专业人才。
本文档旨在介绍精密仪器专业本科课程设置，以期为学生提供全面而深入的知识体系。
2. 专业基础课程2.1 电路基础 - 电路分析基础 - 信号与系统 - 电路设计与实践2.2 机械基础 - 工程力学 - 机械设计基础 - 自动控制理论2.3 物理基础 - 应用物理学 - 固体物理学 - 热学与热力学2.4 数学基础 - 数学分析 - 高等代数 - 概率统计3. 精密仪器专业核心课程3.1 光电子技术 - 光学设计与制造 - 光电子技术基础 - 光电子测量与仪器3.2 仪器仪表与测量技术 - 仪器测量与仪器分析 - 仪器设计与工程 - 传感器与检测技术3.3 精密机械设计与制造 - 精密机械设计基础 - 精密装配与调试 - 精密力学与振动3.4 控制与自动化技术 - 自动控制原理 - 控制系统设计与仿真 - 精密机电控制技术4. 选修课程4.1 先进测量技术 - 先进光学测量技术 - 先进电子测量技术 - 先进材料测量技术4.2 精密仪器仿真与优化 - 仿真技术基础 - 仪器优化设计方法 - 精密仪器仿真与验证4.3 精密制造技术 - 精密制造工艺与装备 - 精密加工与表面工程 - 特种材料与精密制造5. 实践教学为了提高学生的动手实践能力，本专业设有实践教学环节，包括实验课、实习和毕业设计等。
通过实践教学，学生能够将所学知识应用于实际项目中，培养解决问题的能力和团队合作精神。
6. 结语精密仪器专业本科课程设置旨在为学生提供系统而全面的精密仪器知识和技能培养，使他们能够胜任相关领域的工作。
通过本文档的介绍，希望学生能够对专业课程有更清晰的了解，并能够根据个人兴趣和发展方向做出合理的选课和学习计划。
零件光学超精密加工检测技术
零件光学超精密加工检测技术摘要：随着数字数控机床和加工平台的产生与发展，机械零件的加工方式也向着大批量、专一化方向发展。
导致对机械零件的需求也逐渐加大，零件的尺寸和表面加工质量是否符合标准使用要求是影响机械零件正常工作的关键，因此，对机械零件的光学超精密检测成为主要研究任务。
机械零件表面的加工质量和尺寸大小虽然对零件的正常使用影响较低，但直接影响零件的可靠性、质量和使用寿命，而机械零件使用时间决定零件经济效益。
随着光学超精密加工技术的不断发展，零件光学超精密加工检测技术已成为超精密加工迫在眉睫的关键难题。
人工智能技术是一种新兴的用于模拟、延伸和扩展的智能理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。
人工智能技术中的机械学习法，使机械零件的光学超精密检测过程大大简化，并将操作结果保存在存储器中，便于后续光学超精密检测过程的快速执行。
关键词：光学检测；现状；发展引言单参数精密测量是精密测量中最简单的问题，近年来在复杂探测等问题中有了重要应用。
多参数精密测量复杂得多，参数之间存在精度制衡。
如何减少参数之间的精度制衡以实现多参数最优测量，是多参数精密测量的重要问题之一。
为了消除参数之间的精度制衡，研究人员将单参数测量实验中控制增强的次序测量技术应用到多参数测量中，通过调控测量系统动力学演化，完全解决了正演化算法中参数之间的精度制衡问题，实现了最优测量。
1测量系统将四组视觉传感器单元（包括ＣＣＤ相机和激光器）分别竖直放置于精密零件两侧，垂直于精密零件中轴线，安装在精密零件两侧的立柱上；其中两组视觉传感器单元放置于精密零件一侧立柱上，另外两组视觉传感器单元放置于精密零件另一侧立柱上。
首先利用激光跟踪仪建立基坐标系统，然后对每个视觉传感器单元进行相机参数标定、光平面参数方程标定以及全局标定，最终得到相机的内参矩阵、相机到基坐标系下的全局标定矩阵以及激光平面在基坐标系下的平面方程，完成系统使用以及测量前的预处理。
光学测量技术课程的教学改革研究与探讨
光学测量技术课程的教学改革研究与探讨郭春凤，林晓艳，李澜，陈进（上海应用技术大学理学院，上海201418）光学测量技术是以光学原理为基础，融电子技术、精密机械和计算机技术为一体的一种高新技术。
随着图像采集系统和计算机的快速发展，光学测量技术被广泛应用于现代工业检测和制造行业[１]。
在市场对光学测量技术人才需求的推动下，目前全国已有几十所高校开设光电信息科学与工程专业[２]，将光学测量技术课程列为必修或选修课。
光学测量技术是笔者所在学校光电信息科学与工程专业在第五学期开设的一门重要专业必修课。
笔者所在学校十分数重视该课程的教学研究，鼓励老师们走出去学习其他高校的教学研究经验，结合我校学生的特点，形成一套适合本校实际的教学体系，培养具有较强的创新能力和工程应用能力的高端应用技术型人才。
通过论文调研、教学经验交流和企业走访，并结合近几年的教学，对光学测量技术课程的改革进行研究和探讨。
一、教学内容改革我校光学测量技术课程采用冯其波主编，清华大学出版社出版的《光学测量与应用》（高等院校光学信息科学与技术专业系列教材）。
该课程为理论课，40学时，相应实验安排在光电信息综合实验和专业综合实验课程中。
该课程注重基本概念和基本原理的讲述，同时又将理论和应用紧密联系起来。
但是，时代在进步，科技在发展，教材对理论的应用远远落后于先进技术的迅猛发展，如何将光学测量的先进技术引入课堂教学是我们教学内容改革的重点之一。
在第二章“光的干涉技术”中引入Matlab软件编程介绍，让学生能够编写两束光干涉后的干涉图样，使学生比较直观的了解双光束干涉原理，并且为后面面形检测方法编写程序打下基础。
第五章“光学三维测量技术”主要是对宏观和微观物体三维形貌的测量，这一章引入近年来研究比较热的相位测量偏折术，介绍了相位测量偏折术的原理，讲解了利用matlab语言编写相位测量偏折术检测反射镜面的过程，并加入面形测量方法研讨课，把课堂交给学生，讲解最新发表的面形测量方法，提出自己的见解和改进方案。
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。
光电信息技术在精密制造中的应用
光电信息技术在精密制造中的应用第一章绪论近年来，随着科技的发展，光电信息技术在各个领域得到了广泛应用。
其中，精密制造领域是光电信息技术应用的重要领域之一。
精密制造领域对于产品的加工精度、自动化程度、生产的环节控制等要求较高，而光电信息技术在这些方面都有很好的应用价值。
本文主要介绍光电信息技术在精密制造中的应用。
第二章光电信息技术在精密加工中的应用2.1 光学检测技术光学检测技术是一种利用光学原理对物体进行检测的技术。
在精密加工中，通过使用光学检测设备对产品进行检测，可以提高产品加工质量和精度。
常用光学检测设备有激光干涉仪、红外线线扫描仪等。
这些设备能够对加工后的产品进行形状、尺寸、表面质量等各方面的检测，以保证产品符合质量标准。
2.2 光学测量技术光学测量技术是一种利用光学原理对物体进行测量的技术。
在精密加工中，通过使用光学测量设备对加工产品进行测量，可以提高产品加工精度和准确度。
其中，常用光学测量设备有激光测量仪、投影仪等。
这些设备能够对产品的直径、圆度、平行度等各方面的尺寸数据进行测量，从而提高产品的加工精度。
2.3 激光加工技术激光加工技术是一种利用激光束对物体进行加工的技术。
在精密加工中，通过使用激光加工设备进行加工，可以提高产品的加工速度和精度。
例如，在汽车制造过程中，使用激光切割技术可以将零件的切割时间减少50%以上，而且能够提高零件的加工精度和表面质量。
第三章光电信息技术在智能化生产中的应用3.1 光电传感器技术光电传感器技术是一种利用光电原理对物体进行感应和检测的技术。
在智能化生产中，通过使用光电传感器技术对工件进行检测和监控，可以实现自动化生产和智能化控制，提高产品质量和生产效率。
常用光电传感器设备有红外线传感器、光电编码器等。
3.2 光电识别技术光电识别技术是一种利用光电原理对物体进行识别和鉴定的技术。
在智能化生产中，通过使用光电识别技术对工件进行识别和鉴定，可以实现自动化生产和精准控制，提高生产效率和产品质量。
光学测量与检测技术的发展与应用
光学测量与检测技术的发展与应用光学测量与检测技术是光与物质相互作用的领域，涉及光的产生、传播、散射、反射、折射、干涉、衍射等现象。
随着科技的进步和社会的发展，光学测量与检测技术在众多领域中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨光学测量与检测技术的发展历程、现状及应用前景。
光学测量与检测技术的发展早期光学测量技术早期光学测量技术主要包括干涉测量、光度测量、光谱测量等。
这些技术主要应用于科学研究和天文学领域。
例如，牛顿在17世纪利用光谱测量研究了光的色散现象。
近代光学测量技术随着光学仪器和光电子技术的进步，光学测量技术得到了快速发展。
近代光学测量技术主要包括激光测量、光学三角测量、光学成像测量等。
这些技术在精密制造、航空航天、生物医学等领域得到了广泛应用。
现代光学测量技术随着光学、光电子、光子技术的飞速发展，现代光学测量技术逐渐走向集成化和智能化。
例如，基于光学干涉原理的干涉光学测量技术，基于光学成像原理的成像光学测量技术，以及基于光子集成电路的光学测量技术等。
这些技术具有高精度、高速度、高可靠性等特点，在众多领域具有广泛的应用前景。
光学测量与检测技术的应用在制造业中的应用光学测量与检测技术在制造业中的应用十分广泛，如在汽车、电子、精密机械等领域。
通过光学测量技术，可以实现对产品尺寸、形状、表面质量等参数的精确测量，从而保证产品的质量和性能。
在生物医学领域的应用光学测量与检测技术在生物医学领域具有重要作用，如荧光显微镜、共聚焦显微镜、光学相干断层扫描等技术在生物医学研究中发挥着关键作用。
此外，光学测量技术还可以应用于临床诊断，如光学相干断层扫描成像技术在心血管病诊断中的应用。
在环境监测领域的应用光学测量与检测技术在环境监测领域也具有重要意义。
例如，利用激光雷达技术可以实现对大气污染物的实时监测；利用光谱技术可以对土壤、水质等进行分析，为环境保护提供科学依据。
光学测量与检测技术的发展和应用展示了光学的巨大潜力和魅力。
精密制造中的光学测量技术研究与应用
精密制造中的光学测量技术研究与应用一、引言随着科技的不断发展，精密制造已经成为了现代工业领域中至关重要的一个部分。
然而，精密制造需要高精度的测量技术来保证产品质量，其中光学测量技术在精密制造中扮演着至关重要的角色。
本文将探讨光学测量技术在精密制造中的研究与应用。
二、光学测量技术原理光学测量技术是一种基于光学原理进行精密测量的技术。
其基本原理是通过相机等器材记录被测物体的图像，并通过计算机等辅助工具进行处理，以达到高精度、高分辨的测量结果。
目前常见的光学测量技术包括三角测量法、激光三维扫描等方法。
三、光学测量技术在精密制造中的应用1. 精密加工光学测量技术可用于计算和校正加工中的误差。
例如，在计算机数控加工中，通过光学测量技术可以对刀具和工件的几何参数进行精确的测量和分析，以便于精密加工。
在加工后，光学测量技术还可以用于检测零件和机器等设备制造的误差，以保证产品的精度。
2. 零件检测光学测量技术还可以用于零件的检测和认证。
通过将零件置于数字化影像平面上进行纯视觉无损探伤，可以有效地减少测量误差和时间，并提高检测的准确性和可靠性。
此外，光学测量技术还可以应用于微型元器件的检测和分析，在微米尺度下实现精密的测量分析。
3. 视觉检测光学测量技术可以通过高分辨率传感器和计算机视觉技术实现产品的在线视觉检测。
在智能制造的应用中，光学测量技术是不可或缺的一部分。
光学传感器可以在高速生产线上实现产品的快速检测和分类，以确保产品符合质量要求。
4. 仿真分析在精密制造中，仿真模拟和分析是非常重要的一步，可以通过光学测量技术来进行。
通过从纯视觉的角度来对产品进行分析，可以确定产品的瑕疵和不规则地方，提高产品的质量，并减少产品瑕疵率。
四、光学测量技术面临的挑战和机遇随着科技的不断发展，光学测量技术面临着很多挑战和机遇。
其中，光学测量技术的数据分析和处理能力已经成为了当今科技发展的重中之重，因为光学测量技术配合着机器学习和人工智能，可以实现更好的精度和更高的速度。
精密测量技术基础
随着科技的不断进步，精密测量技术不断 发展，出现了许多高精度测量仪器和方法 ，如激光干涉仪、原子干涉仪等。
精密测量技术的应用领域
电子工程
用于测量电子元件、电路板等 参数，保证电子产品性能。
计量测试
用于测量各种物理量，保证计 量测试的准确性和可靠性。
机械制造
用于测量机械零件的尺寸、形 状、位置等参数，保证产品质 量。
有助于推动科技进步和社会发展。
05
精密测量技术的发展趋势与展望
新型测量原理与技术的研究
原子干涉测量技术
01
利用原子干涉效应进行高精度长度测量，具有极高的稳定性和
精度。
光学频率梳技术
02
利用光学频率梳产生高精度光谱，实现高精度光谱分析和时间
频率测量。
纳米光刻技术
03
利用光刻技术在纳米级别上制造微小结构，实现高精度微纳加
光学仪器
用于测量光学元件、透镜等参 数，保证光学仪器性能。
科学研究
用于测量各种物理量，推动科 学研究的深入发展。
02
精密测量技术的基本原理
测量误差理论
误差来源
误差传递
误差理论主要研究测量误差的来源， 包括仪器误差、环境误差、方法误差 和人员误差等。
误差传递是指测量误差对测量结果的 影响，通过误差传递公式可以评估不 同误差对最终结果的影响程度。
逻辑分析仪
用于测量数字电路的逻辑电平和时序 关系，广泛应用于数字系统和计算机 硬件的调试和测试。
万用表
用于测量电压、电流和电阻等电学参 数，具有便携式和易于使用的特点。
激光测量仪器
激光干涉仪
利用激光干涉现象测量长度、角度、表 面粗糙度等参数，具有高精度和高分辨
光学测量的基础知识课件
光在不同物质中传播速度一般不同，在真空中最快。
光线直线传播的应用
可应用于光学测量、定位、光学仪器等。
光学成像原理
01
02
03
成像原理
基于透镜或反射面的折射 或反射原理，将物体成像 于视网膜或探测器上。
成像公式
1/f = 1/u + 1/v，其中f 为透镜焦距，u为物距，v 为像距。
成像质量
光学测量通常采用非接触式测量方式 ，具有高精度、高分辨率、非破坏性 等优点。
光学测量特点
高精度
实时性
光学测量利用光的干涉、衍射等效应，可 以实现高精度的测量，达到纳米级甚至更 高级别的测量精度。
光学测量可以实现实时在线测量，可以在 生产过程中快速获取测量数据，及时调整 生产工艺，提高产品质量。
非接触性
环境监测
光学测量可以用于环境监测，如空气质量、水质、噪声等 环境参数的测量。
医学诊断
光学测量在医学领域也有广泛应用，如医学影像、光学显 微镜、激光治疗等。
科研领域
光学测量在科研领域也有重要应用，如物理实验、化学分 析、生物研究等。
02
光学测量基本原理
光线传播定律
光线传播方向
光线在均匀介质中沿直线传播，当通过不同介质时，会发生折射 和反射现象。
利用光谱和偏振等光学技术实现对大气污染物的监测，如 二氧化硫、氮氧化物等。
水质监测
利用光学技术实现对水体中的污染物、悬浮物、叶绿素等 物质的监测。
气象观测
利用光学技术实现对云层、风向、风速等气象参数的观测 。
光学测量在安全防范中的应用
光学防盗系统
利用红外、微波等光学技术实现 防盗报警，具有高灵敏度和高分 辨率等优势。
光学技术在精密测量中的应用
光学技术在精密测量中的应用精密测量是一项十分重要的技术，它在许多行业中都扮演着不可替代的角色。
随着科技的不断发展，越来越多的光学技术被应用于精密测量中，使得精密测量的精度和效率得到了极大的提升。
本文将介绍光学技术在精密测量中的应用。
一、激光测距技术激光测距技术是一种利用激光测量物体距离的技术。
它的原理是通过发射激光束，将光束照射到待测量物体上，然后通过测量激光的反射时间来计算物体到激光测距仪的距离。
这种技术被广泛应用于地质勘探、建筑测量、航天探测等领域。
由于激光的波长非常短，因此可以实现极高的测量精度。
二、光学干涉测量技术光学干涉测量技术利用光学干涉原理来进行测量。
它是一种高精度、非接触式的测量技术，被广泛应用于机械制造、电子元器件等制造领域。
光学干涉测量技术可以测量物体的形状、表面粗糙度、表面平整度等参数，具有高精度、高速度、高灵敏度等优点。
由于它可以实现非接触式测量，因此对于高温、高压、高真空等恶劣环境下的测量具有不可替代的作用。
三、激光扫描技术激光扫描技术是一种基于激光测距原理的测量技术，它可以快速而精确地获取物体的三维形状信息。
激光扫描技术可以广泛应用于汽车、航空、医疗等领域，例如在医疗领域中，可以利用激光扫描技术对人体的身体部位进行测量，实现精确的医疗诊断和治疗。
四、机器视觉测量技术机器视觉测量技术是一种利用计算机视觉技术来进行测量的技术。
它可以利用高速摄像机、数字图像处理器等设备来进行精密的测量，可以测量物体的大小、形状、表面粗糙度等参数。
机器视觉测量技术被广泛应用于制造业、医疗、机器人等领域，例如在制造业中，可以利用机器视觉测量技术来对产品进行质量检测，实现自动化生产。
总之，光学技术在精密测量中的应用已经成为了一项不可或缺的工具。
它们为人们提供了高效、高精度、高度自动化的测量手段，推动着现代制造业和科学技术的快速发展。
随着技术的不断创新，相信光学技术在精密测量中的应用也会越来越广泛，为我们的生产、生活带来更多的便利和效益。
光学精密制造研究
光学精密制造研究第一章绪论光学精密制造是一门高精度、高技术的工程，在生产过程中需要精密加工和精密测量。
光学精密制造的发展和进步直接影响到现代科学技术的发展和进步。
随着现代科技的不断发展和进步，光学精密制造得到了更为广泛的应用和发展，成为了现代科技领域中不可或缺的一部分。
因此，本篇文章将从光学精密制造的研究入手，介绍相关领域的发展和进步，旨在为了解光学精密制造的课题人员提供一定的参考。
第二章光学制造技术研究光学制造技术是一种将光学材料变形、抛光成形或加工为光学元件的制造技术。
在光学制造中，抛光是最为重要的一个过程，是决定光学元件性能的主要因素。
因此，目前广泛使用的光学制造方法是单点抛光。
随着科技的不断进步，光学精密制造技术也得到了深入研究和广泛应用，洪工法、真空离子束抛光、磨屑修整等方法被广泛应用，并且取得了显著的成就。
第三章数控技术在光学制造中的应用数控技术在光学制造中的应用越来越广泛，无论是在机床控制器还是在计算机辅助制造软件中都得到了广泛应用。
数控技术在光学加工中的作用是高精度和高效率，这在精密加工和精密测量领域有着很高的应用价值。
第四章光学精密制造的研究进展随着现代科技的不断发展和进步，光学精密制造的研究也得到了更多的关注和重视，取得了一系列具有里程碑意义的成果。
例如：高精度抛光、难加工光学表面材料加工、分布式靶面光学元件的制造等方面的研究工作。
除此之外，还有新型自适应光学元件、纳米级光学技术、表面等离子体激元光学等方面的研究工作。
第五章光学精密制造的应用光学精密制造技术的应用非常广泛，可以用于军事、航天、航空、电子、环保、医疗等领域，为现代科技的发展和进步作出了积极贡献。
例如：精密测量、激光器制造、光学通信、Lidar测距、Fizeau测量等领域，由于这些领域都需要光学仪器、器件和元件，在这些领域中，光学精密制造技术将会有着广阔的应用前景和市场前途。
第六章总结与展望通过对光学精密制造技术的研究和应用情况的深入了解，可以发现光学精密制造技术具有极其广泛的应用前景和市场前途。
精密测量理论与技术基础
精密测量理论与技术基础引言精密测量理论和技术基础是现代科学、工程和制造领域中不可或缺的重要组成部分。
在各种应用领域中，精密测量技术的发展对于确保产品质量、提高生产效率以及推动科学研究具有重要意义。
本文将探讨精密测量的理论基础以及常用的测量技术，旨在帮助读者更好地理解精密测量领域的重要性和应用。
精密测量的意义与应用精密测量是指以更高的精度和准确性对物理量进行测量的过程。
相比于常规测量，精密测量要求仪器设备更加精密且操作技巧更加高超。
精密测量广泛应用于各个领域，例如制造业、材料科学、环境监测、天文学等。
对于制造业来说，精密测量可以提高产品的质量控制，增加产品的一致性和可靠性。
在科学研究中，精密测量可以帮助科学家更好地理解事物本质和规律，并取得更准确的实验结果。
精密测量的理论基础测量误差与精度在精密测量中，测量误差是一个不可避免的问题。
测量误差可以包括系统误差和随机误差两个方面。
系统误差是由于测量设备或实验条件的固有缺陷导致的误差，而随机误差是由于测量过程中的无法控制的外部因素引起的误差。
为了提高测量的精度，需要对误差进行分析和补偿。
衡量精密测量的指标衡量精密测量的指标主要包括准确度和重复性。
准确度指标用于描述测量结果与真实值之间的差异程度，而重复性指标用于描述多次重复测量结果之间的差异程度。
这两个指标在精密测量中非常重要，可以帮助确定测量结果的可靠性和稳定性。
测量方法与工具精密测量可以通过多种方法和工具来实现。
其中一种常用方法是间接测量法，即通过测量物理量之间的相互关系来确定待测量。
同时，还有直接测量法，即通过直接读数或观察来测量待测量。
在工具方面，精密测量常用的设备包括激光干涉仪、光子微观测系统、高精度计量仪器等。
常见的精密测量技术激光干涉测量技术激光干涉测量技术是一种基于激光干涉原理进行测量的方法。
利用激光束的干涉现象，可以实现对长度、形状、表面粗糙度等参数的高精度测量。
激光干涉测量技术在制造业、机械工程和光学工程等领域中得到广泛应用。
机械工程中的精密测量技术
机械工程中的精密测量技术机械工程领域中，精密测量技术在产品设计、制造和质量控制等方面起着至关重要的作用。
精密测量技术通过准确测量和分析来确保产品的精度和质量，从而提高产品性能，满足市场需求。
本文将介绍几种常见的精密测量技术，并探讨其应用。
一、光学测量技术光学测量技术是机械工程中广泛使用的一种精密测量技术。
它利用光的干涉、散射和反射原理来测量物体的尺寸、形状和表面质量。
光学测量技术具有非接触、高精度、快速测量等特点，适用于各种材料和形状的工件。
例如，在制造汽车发动机零件时，光学测量技术可以精确测量零件的几何尺寸和表面质量，确保零件的精密配合和高效工作。
二、激光干涉测量技术激光干涉测量技术是一种基于激光光束干涉原理的精密测量技术。
它利用两束相干激光光束的干涉，通过测量干涉光的波长差或相位差来确定被测量物体的形状和尺寸。
激光干涉测量技术具有高精度、高稳定性、高灵敏度等特点，广泛应用于微机电系统、半导体制造和精密加工等领域。
例如，在半导体芯片制造中，激光干涉测量技术可以实时测量芯片表面的平整度和厚度，保证芯片质量和性能。
三、光纤传感技术光纤传感技术是一种基于光纤材料构建传感器进行测量的方法。
它利用光信号在光纤中传播的特性，通过测量光纤中的光强、频率、相位等参数来实现对被测量物理量的测量。
光纤传感技术具有高灵敏度、抗干扰性好、体积小等特点，适用于在狭小空间或恶劣环境中进行精密测量。
例如，在石油钻井中，光纤传感技术可以实时测量井下的温度、压力和振动等参数，保证钻井作业的安全和效率。
四、电子显微镜技术电子显微镜技术是一种利用电子束来观察和测量微观物体的技术。
它使用电子束取代了传统光学显微镜的光束，可获得更高分辨率和更丰富的细节。
电子显微镜可以用于观察和测量微小零件、薄膜、纳米颗粒等微观结构。
其高分辨率和精密测量能力使其在材料科学、生物医学和纳米技术等领域得到广泛应用。
例如，在生命科学研究中，电子显微镜技术可以测量和观察生物细胞的微观结构，帮助科学家了解细胞的功能和机制。
精密机械知识点总结
精密机械知识点总结一、精密机械的定义精密机械是一种具有高精度、高稳定性和高可靠性的机械设备，通常用于制造、测量和其他需要高精度的领域。
它主要包括数控机床、精密加工设备、精密测量仪器等。
二、精密机械的特点1. 高精度：精密机械具有非常高的精度要求，通常能够达到微米甚至纳米级别的精度。
2. 高稳定性：精密机械在工作过程中需要保持稳定的性能，不受外部因素的影响。
3. 高可靠性：精密机械的工作需要长时间保持稳定性和精度，因此需要具有高可靠性，不易发生故障。
三、精密机械的应用领域1. 制造业：精密加工设备如数控机床、激光切割机等被广泛应用于制造业中，用于加工高精度零件。
2. 科研领域：精密测量仪器如扫描电镜、原子力显微镜等用于科研领域中对微小结构和表面的观测和测量。
3. 医疗领域：精密机械在医疗设备制造中具有重要作用，如手术机器人、影像诊断设备等。
四、精密机械的关键技术1. 数控技术：数控技术是精密机械的关键技术之一，能够实现高精度、高效率的加工。
2. 精密传动技术：精密传动技术是精密机械实现高精度运动的重要保障，包括精密传动装置、精密导轨等。
3. 精密测量技术：精密测量技术用于保证精密机械的加工和测量精度，包括激光干涉仪、光学测量系统等。
五、精密机械的发展趋势1. 高速化：精密机械的发展趋势是实现高速加工，提高生产效率。
2. 智能化：精密机械的发展趋势是实现智能化生产，包括自动化控制、远程监控等技术的应用。
3. 节能环保：精密机械的发展趋势是实现节能环保的生产过程，包括减少能源消耗、减少环境污染等。
六、精密机械的发展机遇与挑战1. 发展机遇：随着制造业的升级和科技的发展，精密机械的市场需求会逐渐增加。
2. 发展挑战：精密机械的发展面临一些挑战，包括技术水平、成本控制、人才储备等方面的挑战。
七、精密机械的发展前景精密机械作为制造业的重要组成部分，将会在未来得到更广泛的应用，同时随着科技的不断进步，精密机械的性能将会不断提高，产业链将会更加完善。
先进光学制造与检测技术pdf
先进光学制造与检测技术
先进光学制造与检测技术是现代光学工程领域中的一个重要分支，涵盖了从光学元件的设计、加工到检测与校准等一系列的技术。
光学制造方面，先进技术主要包括精密光学加工技术、光学镀膜技术、激光加工技术等。
精密光学加工技术能够实现对复杂形状和高精度要求的光学元件的制造，如球面、非球面、棱镜、分光镜等。
光学镀膜技术则能够在光学元件表面镀上一层或多层薄膜，以改变其折射率、透射率或反射率等性质。
激光加工技术则利用激光束对光学元件进行精细加工，具有精度高、效率高、无接触等优点。
在光学检测方面，先进技术主要包括光学成像技术、光谱分析技术、干涉测量技术等。
光学成像技术能够对目标进行高分辨率、高灵敏度的成像，广泛应用于生物医学、军事、工业无损检测等领域。
光谱分析技术则能够通过测定物体吸收或发射光的特性来获取有关物体成分和结构的信息，如拉曼光谱、红外光谱等。
干涉测量技术则利用光的干涉现象来进行高精度的测量，如激光干涉测量、光学相干层析成像等。
这些先进光学制造与检测技术在现代光学工程领域中发挥着至关重要的作用，推动了光学技术的快速发展。
(光学测量技术)第2章常用光学测量仪器及基本部件
第2章 用光学测量仪器及基本部件
2. 分划板 分划板是置于物镜焦平面上并刻有一定图案的玻璃平板。 其上图案的形状，就是平行光管给出无限远目标的形状。目 标的方向，取决于给出该目标的图形在分划板上的位置。 常见分划板图案的形式如图 2.3 所示。
第2章 用光学测量仪器及基本部件
图 2.3 ( a )为十字分划板，其作用是用来调焦和光路共 轴的;图 2. 3 ( b )为玻罗板，它与测微目镜或显微镜组组合， 用来测定透镜或透镜组的焦距。玻罗板的玻璃基板上用真空 镀膜的方法镀有五组线对，各组线对之间距离的名义值分别 为 1.000mm 、 2. 000mm 、 4. 000mm 、10. 000mm 和 20. 00mm ，使用时应以出厂的实测值为准;图 2. 3 ( c )为分辨率 板，该板有两种(2 号、 3 号)，可以用来检验物镜和物镜组 件的分辨率，板上有 25 个图案单元，对于 2号板，从第 1 单元到第 25 单元每单元条纹宽度由 20 μ m 递减至 5 μ m ， 而 3 号板则由40 μ m 递减至 10 μ m ;图 2. 3 ( d )为星点板， 星点直径 0. 05mm ，通过光学系统后产生该星点的衍射图 样，根据图样的形状可以定性检查系统成像质量的好坏。
第2章 用光学测量仪器及基本部件
教学目的 1. 掌握平行光管的作用、光学原理及调校方法。 2. 掌握自准直法的基本原理、三种自准直目镜的基本结 构及各自的优缺点。 3. 掌握两种常见测微目镜的结构、细分原理及读数方法。 4. 了解光具座的基本配置及各部件的作用。 5. 掌握精密测角仪与经纬仪的测角原理和各自的使用方 法。 6. 了解积分球与球形平行光管的基本结构和用途。
在物镜焦平面上的装校过程。 由于不便直接确定焦平面的位置，因此常利用焦平面的
精密制造基础-光学测量技术
右
上
下
旋转编码器
一种旋转式的检测角位移的传感器。 将角位移用数字(脉冲)形式表示，故 又称脉冲编码器。广泛应用于NC机床的 位置检测，也常用它作为速度检测元件。
1、编码器分类
➢ 按码盘信号的读取方式可分为：光电式、接触式和电磁式 以光电式的精度和可靠性最好，NC机床常用光电式编码器
➢ 按测量坐标系又可分为：增量式和绝对式 ➢按每转发出的脉冲数分为：高分辨率 20000-30000p/r
A A 受’光素子
投光 素子
A
A
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的3D传感器
激光光幕尺寸测量仪器
旋转编码器
（4）提高光电脉冲编码器分辨率的方法
➢ 提高光电盘圆周的等分狭缝的密度，实际上是使光电盘的 狭缝变成了圆光栅线纹。
➢ 增加光电盘的发信码道，使盘上不仅只有一圈透光狭缝， 而且有若干大小不等的同心圆环狭缝(称为码道)，光电盘 回转一周发出的脉冲信号数增多，使分辨率提高。
旋转编码器
绝对式光电脉冲编码器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
基于三角测量法的位移传感器
DGUT
themegallery
再见
q
B = w / 2sin 2
光栅尺基本原理
➢ 均化误差作用 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，栅距之 间的相邻误差被均化。短光栅的工作长度愈长,这一 均化误差的作用愈显著。
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由于挡光效应和光的衍射，在与线纹几乎垂直方向上，会出 现明暗交替、间隔相等的粗大条纹，称为“莫尔条纹” 。
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光栅尺基本原理
莫尔条纹的特点
➢ 放大作用
莫尔条纹纹距B 与光栅节距w和倾角θ之间的关系：
B
=
w
/
q
2sin
由于θ很小，因此
2
B
w
q
光栅横向移动一个节距w ，莫尔条纹正好沿刻线上下 移动一个节距B，用光电元件检测莫尔条纹信号的变化就可 以测量光栅的位移。
1、编码器分类
➢ 按码盘信号的读取方式可分为：光电式、接触式和电磁式
以光电式的精度和可靠性最好，NC机床常用光电式编码器
➢ 按测量坐标系又可分为：增量式和绝对式
➢按每转发出的脉冲数分为：高分辨率 20000-30000p/r
普通分辨率 2000-3000p/r
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旋转编码器
❖ 增量式光电脉冲编码器 ❖ （1）组成：由光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光敏元件(光电管)、
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基于三角测量法的位移传感器
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基于三角测量法的3D传感器
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激光光幕尺寸测量仪器
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基于三角测量法的位移传感器
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基于三角测量法的位移传感器
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基于三角测量法的位移传感器
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30
基于三角测量法的位移传感器
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31
例：当 w = 0.01mm， θ= 0.01 red， 则 B = 1mm，将栅距放编大辑p1p0t 0倍的莫尔条纹宽度。 8
光栅尺基本原理
2B
B
光栅尺横向莫尔条纹及其参数
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q
B = w / 2sin 2
9
光栅尺基本原理
➢ 均化误差作用 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，栅距之 间的相邻误差被均化。短光栅的工作长度愈长,这一 均化误差的作用愈显著。
刻线密度 --- 测量精度 ( 10、25、 50、100、125线/mm )
a. 封闭式
平面光栅 --- XY位移
圆光栅 ---编角辑位pp移t
b. 开放式 直线光栅 --- 直线位移；4
光栅尺基本原理
透射编光辑栅ppt
5
光栅尺基本原理
反射编光辑p栅ptLeabharlann 011,1
0,0 0,1 1,0
6
光栅尺基本原理
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旋转编码器
绝对式光电脉冲编码器
（1）结构 绝对式脉冲编码器结构与增量式相似，就是 在码盘的每一转角位置刻有表示该位置的唯一代码，称为 绝对码盘。绝对式脉冲编码器是通过读取编码盘上的代码( 图案)来表示轴的位置。
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旋转编码器
❖ 码盘的种类
❖ 按码制不同分二进制码、格雷码（循环码）、十进 制码、六十进制码等，最常用的是二进制循环码盘。
A
A 受’光素子
投光 素子
A
A 编辑ppt
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基于三角测量法的位移传感器
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基于三角测量法的位移传感器
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基于三角测量法的位移传感器
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基于三角测量法的位移传感器
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基于三角测量法的位移传感器
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基于三角测量法的位移传感器
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基于三角测量法的位移传感器
DGUT
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DGUT
精密制造基础
光学测量技术
卢盛林 东莞理工学院
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1
内容介绍
1
光栅尺
2
旋转编码器
3
基于三角测量法的位移传感器
4
激光光幕尺寸测量传感器
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2
光学测量的优点
1
非接触
2
实现高传动比，无间隙，无摩擦
3
大行程和高精度
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3
光栅尺基本原理
构成： 主光栅 --- 标尺光栅，定光栅； 指示光栅 --- 动光栅 光电转换电路等
整形放大电路和数字显示装置等组成。
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12
旋转编码器
工作原理
光电盘按装在被测轴上，随主轴一起转动。光电盘转动时，光电元件 把通过光电盘和光栏板射过来的忽明忽暗的光信号(近似于正弦信号)转换 为电信号，经整形、放大等电路的变换后变成脉冲信号，通过计算脉冲的 数目，即可测出工作轴的转角，并通过数显装置进行显示。通过测定计数 脉冲的频率，即可测出工作轴的转速。
➢ 根据莫尔条纹的移动与栅距移动的对应关系
莫尔条纹 θ角的旋 逆时针方向 移动方向 转方向 选择(＋θ)
光栅移
动方向
左
下
顺时针方向 选择(－θ)
上
右
上
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下
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旋转编码器
一种旋转式的检测角位移的传感器。
将角位移用数字(脉冲)形式表示，故 又称脉冲编码器。广泛应用于NC机床的
位置检测，也常用它作为速度检测元件。
纯二进制码有一个
缺点：相邻两个二进制
数可能有多位二进制码
不同，当数码切换时有
多个数位要进行切换，
增大了误读的机率。
而格雷码则不同，相
邻两个二进制数码只有
一个数位不同，因此两
数切换时只在一位进行，
提高了读数的可靠性。 编辑ppt
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基于三角测量法的位移传感器
三角形测量
●受光单元使用PSD、CCD或者C-MOS。到工件的距离有变化 的话，受光单元上的成像位置也会变化。将此位置变换成 与距离比例地信号而输出的传感器。距离设定型传感器地 高精度版。
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旋转编码器
（4）提高光电脉冲编码器分辨率的方法
➢ 提高光电盘圆周的等分狭缝的密度，实际上是使光电盘的 狭缝变成了圆光栅线纹。
➢ 增加光电盘的发信码道，使盘上不仅只有一圈透光狭缝， 而且有若干大小不等的同心圆环狭缝(称为码道)，光电盘 回转一周发出的脉冲信号数增多，使分辨率提高。
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