莫尔条纹技术
莫尔条纹测试技术 ppt课件
行修正。
• 由图示
• 因此
获得莫尔条 纹图后，应 根据该式进 行坐标修正
x'x d x'
h
l
x
x'
h l
(d
x'
)
y
y'
h l
(d
y')
O
BC
F
αβ
D(x’,y’) P
X
h
E(x,y)
照射型莫尔法几何原理图
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莫尔形貌（等高线）测试技术
• ②投影型莫尔法
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莫尔形貌（等高线）测试技术
• ③莫尔条纹级次与凹凸判断
• 实际测量时条纹的绝对级数不易确定，只能定出条纹的相 对级数。
• 判定凹凸的方法是:
• 当使光栅离开物体时，如果条纹向内收缩，表明该处表面是凸的 ，反之是凹的；
• 照射型中还可通过移动光源来确定凹凸问题，如果光源同接受器 之间的距离d增加，条纹向外扩张，且条纹数增加，则是凸的。
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莫尔条纹技术简介
• 引言：
• 一般来说，任何两组（或多组）有一定排列规律的几何线 族的叠合，均能产生按新规律分布的莫尔条纹图案。
• 1874年英国物理学家瑞利首次将莫尔图案作为一种计测手 段，根据条纹形态来评价光栅尺各线纹间的间隔均匀性， 从而开创了莫尔测试技术。随着光刻技术和光电子技术水 平的提高，莫尔技术获得较快发展，在位移测试、数字控 制、伺服跟踪、运动比较等方面有广泛的应用。
L1 G1 C1 S
• 照射型莫尔法虽然具有测定装置简
ob
L2 G2 C2
莫尔条纹概念
莫尔条纹是光学中的一种现象，它是一种由两个相交的图案产生的特殊纹理。
当两个图案完全相同时，它们会互相干涉，产生明暗交替的线条，这就是莫尔条纹。
这个现象在很多领域都有应用，例如在编码、光学仪器、生物显微镜和电子显示技术等领域。
莫尔条纹的产生是由于光的干涉现象。
当两束光波相遇时，它们会相互干涉，产生明暗交替的现象。
同样地，当两个相交的图案相遇时，它们也会产生干涉现象，形成莫尔条纹。
莫尔条纹的特性是具有高度的方向性和周期性。
由于莫尔条纹是由两个相交的图案产生的，因此它们的方向与图案的相交角度有关。
同时，莫尔条纹的周期取决于两个图案的间距和相交角度。
因此，通过测量莫尔条纹的周期和角度，可以推算出产生它们的图案的参数。
在编码领域，莫尔条纹被用于制作二维条码。
在这种条码中，黑白色块按照特定的规律排列，形成莫尔条纹。
通过读取这些条纹，可以识别出编码的信息。
在生物显微镜领域，莫尔条纹被用于提高显微镜的分辨率和清晰度。
通过将待观察的样品与一个已知的图案进行组合，可以产生莫尔条纹。
这些条纹可以帮助研究人员更好地观察和识别样品的特征。
总之，莫尔条纹是一种有趣的光学现象，它在很多领域都有广泛的应用。
通过了解莫尔条纹的原理和特性，我们可以更好地利用它来解决实际问题。
莫尔条纹
莫尔条纹机电科学与工程系电子信息工程莫尔条纹是十八世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。
所谓莫尔条纹，是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹。
数控方面的莫尔条纹是由光栅固定在机床活动部件上，读数头装在机床固定部件上，并且两者相互平行放置，在光源的照射下形成明暗相见的条纹。
莫尔条纹具有如下特点：变化规律，两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。
由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数，变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步；放大作用，在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角θ之间有下列关系（θ的单位为rad，W的单位为mm），由于倾角很小，sinθ很小，则W=ω /θ，若ω＝0．01mm，θ＝0.01rad，则上式可得W＝1，即光栅放大了100倍；均化误差作用，由若干光栅条纹共用形成莫尔条纹，例如每毫米100线的光栅，10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹，这样栅距之间的相邻误差就被平均化了消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。
莫尔条纹现象是由于信号取样频率接近感光器分辨率所致，通常解决方法用一个低通滤镜把高于感光器分辨率的信号挡住，其副作用就是降低成像分辨率。
因此在设计低通滤镜时设计师要在分辨率和莫尔条纹之间做一个妥协选择。
因为D70的CCD前面使用效果比较弱的低通滤镜，所以在提高成像分辨率也造成了莫尔条纹出现几率的增大，此现象也广泛出现于其他DSLR上。
根据莫尔条纹的形成原理制成了光栅尺位移传感器，其工作原理是，当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。
在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。
相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。
编码器莫尔条纹技术原理
编码器莫尔条纹技术原理
莫尔条纹是一种通过光学编码的技术，常用于编码器中。
编码器是一种用来确
定运动的装置，它将物体的位置或运动转换成电信号。
莫尔条纹技术通过条纹的变化来实现编码，使得编码器能够准确地测量物体的位置和速度。
莫尔条纹是由一组黑白相间的平行条纹组成。
这些条纹的密度会随着位置的变
化而改变。
当一个光源照射到条纹上时，光会被反射或散射。
由于条纹的不规则性，反射或散射的光会在接收器中形成一系列明暗变化的信号。
编码器的工作原理基于光栅盘和光传感器之间的相互作用。
光栅盘是一种具有
莫尔条纹的旋转盘，它被放置在物体上，而光传感器则固定在编码器上。
当物体移动时，光栅盘也随之旋转，通过光传感器检测条纹的变化。
根据信号的变化，编码器可以计算出物体的运动速度和位置。
编码器莫尔条纹技术的优点在于其精确度和稳定性。
由于莫尔条纹的密度具有
高度变化的特点，能够提供高分辨率的位置测量。
此外，莫尔条纹技术还可以有效地抵抗光线的干扰和机械震动的影响，从而提高了编码器的可靠性。
总之，编码器莫尔条纹技术是一种基于光学编码的高精度测量技术。
通过利用
莫尔条纹的变化来实现位置和速度的测量，编码器能够准确地反映物体的运动状态。
莫尔条纹技术的高分辨率和稳定性使得它在工业领域中具有广泛的应用前景。
数控技术莫尔条纹光栅作用
数控技术莫尔条纹光栅作用嘿，大家好，今天咱们聊聊一个有意思的话题，就是数控技术中的莫尔条纹光栅。
这玩意儿听起来挺高大上的，但其实它的作用就像在生活中加点调味料，让一切变得更好。
莫尔条纹光栅，这个名字一听就有点复杂，其实它就是一种用来测量位置和运动的工具，简简单单就能帮助机械设备实现精确的运动。
想象一下，就像你玩游戏时，角色每一步的走位都得准确无误，不然就可能掉进坑里，哈哈。
莫尔条纹光栅是怎么运作的呢？它是通过一种光的干涉现象来工作的。
你可以把它想象成在阳光下，水面泛起的波纹，一波接一波地荡漾开来。
光栅的表面上有一系列均匀的条纹，当光线照射到这些条纹上时，会产生一些干涉图案。
这样一来，设备就能“看见”这些图案，从而精准地判断出自己的位置和运动轨迹。
就像你用手机导航一样，能清楚知道自己在哪里。
这种技术的妙处在于，它能达到非常高的分辨率，简直是无与伦比！用它来进行数控加工，设备的运动就能像小兔子一样灵活自如。
想象一下，机床在高速运转的时候，哪怕是微小的误差也会导致最终产品的质量不佳。
莫尔条纹光栅正是能够在这时候发挥它的“神力”，将误差降到最低，确保每一个零件都能完美无瑕，简直是精益求精的代名词。
说到这里，有人可能会问，莫尔条纹光栅的应用范围到底有多广呢？嘿，别说，真是数不胜数！从汽车制造到航空航天，从电子产品到医疗器械，几乎无处不在。
你可以想象，飞在天上的飞机、跑在地上的汽车，背后都有这些光栅在默默地为它们服务。
它们就像隐形的守护者，确保一切都在正确的轨道上运转。
这也让人感慨，现代科技的进步真是快得惊人啊，跟不上都来不及了！再说说这玩意儿的优势吧，除了高精度以外，莫尔条纹光栅还具有抗干扰能力。
生活中，我们常常会遇到噪音和干扰，特别是在一些复杂的环境中。
而这种光栅则像个“超能战士”，能有效抵御外部干扰，保持稳定的性能。
就好比你在吵闹的街道上，依然能专心听自己喜欢的音乐，简直是太厉害了！不过，光栅的维护也是不可忽视的。
莫尔条纹
莫尔条纹ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
莫尔条纹 是18世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。
莫尔条纹对于半色调丝网印刷是一个潜在的问题。所谓半色调印刷，就是将连续调原稿通过照像或其他方法分解成大小不同的网点来表现层次的方法。暗调用印刷较大的网点来表现，亮调用印刷较小的网点来表现，同一色的网点之间，特别是多色印刷或四色印刷各色版网点之间会发生干涉形成莫尔条纹。
有些特殊情况，莫尔条纹会非常明显地出现在四张分色片中的一张。经验证明，对这张分色片换用不同网目的丝网能够解决这些问题。换用的网目数可通过Garnandstandard测试片来选择最相近但不会产生莫尔条纹的丝网。注意：这是你解决这个问题的最后办法，有些场合，它不能奏效，而且会改变油墨沉积量并引起额外的麻烦：干燥速度、网版清晰度、颜色偏差方面的问题。
４．其他方面，还有几种产生莫尔条纹的原因，这与印刷过程有关，虽然莫尔条纹防护系统并没有设计检测这种莫尔条纹。它还是能够帮助你识别这些莫尔条纹。
①丝网张力。如果丝网张力太低或印刷过程丝网张力不稳定，莫尔条纹就会产生，你将会看到莫尔纹会在图案的一个固定位置出现，而且会出现网点扩大和网点丢失。从事阶调印刷一定要将绷网张力达到２０牛顿／cm。
网点之间形成的莫尔条纹是所有层次丝网印刷的共同问题。网点与丝网也能形成另一种形式的莫尔条纹，这种莫尔条纹在丝网上的分布能够产生难以辨认的和原稿明显不同的图案。
莫尔条纹演示实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解莫尔条纹的原理；2. 观察并分析莫尔条纹的特点；3. 掌握莫尔条纹在光学测量中的应用。
二、实验原理莫尔条纹是两条或两条以上等间距的平行线或两个物体之间以恒定角度和频率发生干涉的视觉结果。
当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象中的花纹就是莫尔条纹。
莫尔条纹的特点包括：条纹间距的固定性、颜色一致性、方向性等。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：莫尔条纹演示装置、光源、屏幕、尺子、游标卡尺；2. 实验材料：透明薄膜、刻度尺、白纸。
四、实验步骤1. 准备工作：将透明薄膜贴在刻度尺上，使刻度尺与透明薄膜平行；2. 光源照射：将光源照射到透明薄膜上，使光线透过透明薄膜；3. 观察现象：将白纸放在透明薄膜的另一侧，观察并记录莫尔条纹的形状、间距、颜色等特点；4. 测量条纹间距：使用尺子测量莫尔条纹的间距，并记录数据；5. 测量角度：使用游标卡尺测量透明薄膜与刻度尺之间的角度，并记录数据；6. 分析结果：根据实验数据，分析莫尔条纹的特点及其在光学测量中的应用。
五、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验观察，发现莫尔条纹呈现出明暗相间的条纹，条纹间距固定，颜色一致，且具有一定的方向性。
2. 分析结果：（1）莫尔条纹的间距固定：根据实验数据，莫尔条纹的间距与透明薄膜的刻度间距一致，说明莫尔条纹的间距是固定的。
（2）莫尔条纹的颜色一致：实验中观察到的莫尔条纹颜色一致，说明在同一颜色范围内，莫尔条纹的颜色是一致的。
（3）莫尔条纹的方向性：通过改变透明薄膜与刻度尺之间的角度，发现莫尔条纹的方向也随之改变，说明莫尔条纹具有方向性。
六、结论1. 通过本实验，成功演示了莫尔条纹的形成过程，掌握了莫尔条纹的特点；2. 莫尔条纹在光学测量中具有广泛的应用，如位移测量、角度测量等；3. 本实验有助于加深对光学现象的理解，提高学生的实践能力。
七、实验拓展1. 尝试使用不同厚度的透明薄膜进行实验，观察莫尔条纹的变化；2. 探究莫尔条纹在光学干涉测量中的应用，如波长测量、相位测量等；3. 研究莫尔条纹在光学器件中的应用，如光栅、全息图等。
莫尔条纹zm
莫尔条纹术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。
莫尔条纹能从三个方面产生：1. 双色或多色网点之间的干涉；2. 各色网点与丝网网丝之间的干涉；3. 作为附加的因素，由于承印物体本身的特性而发生的干涉。
使用莫尔条纹防护系统的目的就在于根据你选定的丝网目数、加网线数、印刷色数和加网角度来预测莫尔条纹。
莫尔条纹的形成原理：莫尔条纹的形成原理可有不同解释: 一种基于遮光阴影原理, 认为可以按照重叠线条的交点轨迹来描述新的亮度分布规律, 据此,应用儿何方法获得了代表莫尔条纹节距和方向的表达式, 或应用指数方法获得表征莫尔花样的条纹方程, 另一种基于衍射干涉原理, 认为新的强度分布可按衍射波之间的干涉结果来描述, 据此, 应用复指数函数方法, 获得各衍射级次的强度分布公式, 还有一种基于信息理论, 认为光栅后面的合成光场强度可以归结为各种空间频率分量, 而莫尔条纹则由低于原始频率(即光栅频率) 的低空间频率分量所组成。
莫尔条纹的特点：莫尔条纹具有如下特点：变化规律，两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。
由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数，变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步；放大作用，在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角θ之间有下列关系（θ的单位为rad，W的单位为mm），由于倾角很小，sinθ很小，则W=ω /θ，若ω＝0．01mm，θ＝0.01rad，则上式可得W＝1，即光栅放大了100倍；均化误差作用，由若干光栅条纹共用形成莫尔条纹，例如每毫米100线的光栅，10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹，这样栅距之间的相邻误差就被平均化了消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。
莫尔条纹的应用：莫尔条纹的应用：起初，莫尔现象只是应用于装饰方面。
莫尔条纹
干涉莫尔条纹原理一．实验原理莫尔条纹概述莫尔条纹是18世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。
从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。
用数学计算来预测和分析莫尔条纹是可能的，而且计算结果也只是理论上的莫尔条纹，实际对丝网印刷造成影响的莫尔条纹则是对印刷结果有危害的可视莫尔条纹，莫尔条纹防护系统给丝印工作者提供了一个简便的视觉控制工具，使用这个工具会在复制工艺的任何步骤上避免莫尔条纹的产生。
如果把两块光栅距相等的光栅平行安装，并且使光栅刻痕相对保持一个较小的夹角θ时，透过光栅组可以看到一组明暗相间的条纹，即为莫尔条纹。
莫尔条纹的宽度B为：B=P/sinθ其中P为光栅距。
光栅刻痕重合部分形成条纹暗带，非重合部分光线透过则形成条纹亮带。
光栅莫尔条纹的两个主要特征是(1)判向作用：当指示光栅相对于固定不动的主光栅左右移动时，莫尔条纹将沿着近于栅线的方向上下移动，由此可以确定光栅移动的方向。
(2)位移放大作用：当指示光栅沿着与光栅刻线垂直方向移动一个光栅距D时，莫尔条纹移动一个条纹间距B，当两个等距光栅之间的夹角θ较小时，指示光栅移动一个光栅距D，莫尔条纹就移动KD的距离。
K=B/D≈1/θ。
B=D/2sinθ/2≈d/θ，这样就可以把肉眼看不见的栅距位移变成清晰可见的条纹位移，实现高灵敏的位移测量。
二．实验仪器光栅组、移动平台三．实验步骤1、安装好主光栅与指示光栅，使两光栅保持平行，光栅间间隙要尽量小，微调主光栅角度，使莫尔条纹清晰可见。
2、旋动移动平台螺旋测微仪，向前或向后，观察莫尔条纹上下移动与指示光栅位移方向的关系。
3、人工微位移测量：当指示光栅位移一个光栅距时，莫尔条纹就移动一个条纹距。
调节位移平台，仔细记数条纹移动数目，根据实验二十测得的光栅距，与位移条纹数相乘，此即为指示光栅的位移距离，实验时可与螺旋测微仪的转动刻度相对照。
莫尔条纹发展现状
莫尔条纹发展现状
莫尔条纹是一种在两个或多个物体的接触面上产生的干涉现象。
这种条纹可以用来测量物体之间的距离、表面形态等参数。
莫尔条纹的发展现状如下：
1. 应用扩展：莫尔条纹在工业、科研和医疗等领域得到广泛应用。
在工业中，莫尔条纹可以用于测量零件的形状和精度，以及表面的平整度。
在科研领域，莫尔条纹可用于研究光学性质、材料表面性质等。
在医疗领域，莫尔条纹可以应用于眼科诊断和外科手术中。
2. 技术进步：随着光学和图像处理技术的进步，莫尔条纹的测量精度和应用范围不断提高。
现在可以通过激光干涉仪、数字图像处理和计算机模拟等手段，实现对莫尔条纹的准确测量和分析。
3. 自动化和智能化：莫尔条纹的测量过程正逐渐自动化和智能化。
利用图像处理和机器学习等技术，可以实现对大量数据的即时处理和分析，提高工作效率和准确性。
4. 新的应用领域：莫尔条纹正在逐渐应用于新的领域。
例如，在纳米技术中，莫尔条纹可以用于纳米尺度下的物体测量和表征。
在生物医学领域，莫尔条纹可以用于细胞和组织的形态学分析。
综上所述，莫尔条纹作为一种重要的干涉现象，在各个领域的
应用和研究中都取得了不断的发展。
随着技术的进步和新的应用领域的出现，莫尔条纹的发展前景将会更加广阔。
莫尔条纹原理
莫尔条纹原理
莫尔条纹原理，又称莫尔反射原理，是指当两束光波在同一介质中传播时，如
果它们的频率相同，而且它们的相位差是常数，那么它们在介质中的干涉图样就会呈现出一系列的明暗条纹。
这一原理是由法国物理学家弗朗索瓦·莫尔在19世纪
提出的，后来被广泛应用于光学领域。
莫尔条纹原理的产生是由于光波的相位差引起的干涉效应。
在同一介质中传播
的两束光波，如果它们的相位差是常数，那么它们在介质中相遇时就会产生干涉现象。
当两束光波相遇时，如果它们的相位差为0或2π的整数倍，那么它们会相长
干涉，产生明条纹；如果相位差为π的奇数倍，那么它们会相消干涉，产生暗条纹。
这样，就形成了一系列明暗相间的条纹，这就是莫尔条纹。
莫尔条纹原理在实际应用中有着广泛的用途。
首先，在光学显微镜中，莫尔条
纹被用来观察透明薄片的厚度和折射率。
通过观察莫尔条纹的位置和形状变化，可以得到薄片的厚度和折射率的信息。
其次，在光学测量仪器中，莫尔条纹也被用来检测光学元件的表面形貌和光学质量。
通过观察莫尔条纹的变化，可以得到光学元件的表面形貌和光学质量的信息。
此外，在激光干涉仪中，莫尔条纹也被用来测量激光的相位差和波长，以及检测光学元件的表面平整度和平行度。
总的来说，莫尔条纹原理是光学干涉现象的重要表现形式，它不仅在科学研究
中有着重要的应用，也在工程技术中有着广泛的用途。
通过对莫尔条纹原理的深入研究和应用，可以更好地理解光的波动性质，提高光学测量的精度和灵敏度，推动光学技术的发展和应用。
因此，莫尔条纹原理的研究和应用具有重要的理论和实际意义。
莫尔技术
图 4-3 径向圆光栅产生的莫尔条纹
(4-13)
《近代光学测试技术》讲义 x2 + y2 − 2e y − e2 = 0 tg ( Kδ )
(4-14)
可见，莫尔条纹是由一族圆心位于光栅副圆心连线的垂直方 向上的圆组成，横向或纵向莫尔条纹的的方向与偏心方向平 行，且横向莫尔条纹的宽度可由下式表示： 2e w横 = y k − y k +1 = (4-15) k (k + 1)δ 2） 、切向光栅 切向光栅刻线的延长线都相切于半径为 r 的一个小基圆， 该基圆的中心即为圆光栅的中心，如图 4-4 所示。设两反向 相切圆光栅的基圆中心相距 2e， 切向光栅刻线方程可以写为：
三、 扫描莫尔法
无论是阴影莫尔法，还是投影莫尔法，单从莫尔等高线 无法判断被测表面的凸凹。这就增加了测量的不确定性。为 了使莫尔法能进行三维面形的自动测量，必须解决凸凹判断 问题。 方法一：使光栅离开物体，如果条纹向内收缩，且条纹 数减小，表明此处物表面是凸的，反之则是凹的。 方法二：对于阴影莫尔法，可以通过移动光源来判断： 如果光源移离接收器（d 增加） ，条纹向外扩张，且条纹数增 加，则是凸的，反之是凹的。 在投影莫尔法中，让一块基准光栅 G1 或 G2 沿垂直于栅 线方向作微小移动，根据莫尔条纹同步移动的方向，可以确 定表面的凸凹。 如果类似于投影莫尔法，但在成像系统中不是用第二块 基准光栅光栅去观察，而是像电视扫描一样用电子扫描的方 法形成观察的基准光栅，则这种方法就称为扫描莫尔法。 实际上，代替第二块基准光栅的扫描线可以通过计算机图像 处理系统加入。这就意味着只要用图像系统获取一幅变形光 栅像，就可以通过计算机产生光栅的方法产生莫尔条纹。由 于计算机产生光栅的周期和光栅的移动都很容易改变， 所以， 扫描莫尔法可以实现三维表面的自动测量。
3莫尔条纹技术
莫尔条纹技术
一、概述
200年前法国丝绸工人在相对运动的两块丝绸上看到了 莫尔(Moire)条纹；
工程上应用的莫尔条纹，一般是由两块等间隔排列的直 线族或曲线族——通常叫做计量光栅——叠合产生。
早在1874年，瑞利就认识到莫尔条纹的科学价值，利用 它进行光栅刻线间隔均匀性检测。具体应用是到20世纪 50年代英国国立物理研究所(N.P.L)提出了大尺寸、细 节距光栅的制作实用方法。
2. 莫尔条纹对光栅栅距有放大作用；两栅尺栅线夹角θ较
小的情况下，莫尔条纹宽度W与栅距d及夹角θ间存在如
下关系
Wd
3. 莫尔条纹对光栅栅距局部误差有消差作用。光栅尺的制
作中，1mm内几十到几百条的栅线在形成莫尔条纹过程
中，局部或个别栅线的栅距误差对莫尔条纹的位置、形
状标影准响差σ极间小的。关莫系尔可条表纹示位为置的标准差σx和x 单根n 栅线位置
(三)光栅读数头 一般将照明系统、指示光栅及光电接收元件组成一体构 成光栅读数头。
光栅测量的基本定义
长 光 栅 计 量 光 栅 圆 光 栅
黑白光栅 相位光栅
透射光栅 反射光栅
径向光栅
切向光栅
透射光栅
其他光栅
计量光栅分类
玻璃体 金属体 金属膜 玻璃体
玻璃体
光栅测量特点
1. 高精度： 长光栅：其在大量程测距方面是仅低于激光式测量的一种高精度
测量装置；误差可控制到0.2-0.4μm/m；测量精度好的光栅尺 为0.5-3μm/1.5m；分辨率为0.1 μm，电路允许的计数速度为 10m/s。 圆光栅：而对要求整圆范围内高分辨率的圆分度测量，则其与利 用其他原理测量的结果相比，是精度最高的测量方式之一；高 的可达0.15''，分辨率为0.1''，
莫尔条纹的形成原理和特点四
❖ 标尺光栅相对 指示光栅旳转 角方向
顺时针方向
逆时针方向
标尺光栅移动 方向
向左 向右 向左 向右
莫尔条纹移动方向
向上 向下 向下 向上
2）光学放大作用
由公式B=W/θ可知，当W一定，而 θ较小时，可使θ<<1，则B>>W。
如：长光栅在一毫米内刻线为100条，θ＝ ＝10 0.00029 rad，则：B=0.01/0.00029≈3.44mm， 放大344倍。
在实际装置中常将光源、计量光栅、光电转 换和前置放大组合在一起构成传感器（光栅读 数头）；将具有细辨别向旳差补器、计数器和 由步进电机、打印机或绘图机等构成旳受控装 置装在一种箱内，常称为数字显示屏。
光源
计量 光栅
光电 转换
前置 放大
细辨 别向
计数
受控 装置
传感器
数字显示屏
3自由度光栅数显表
安装有直线光栅旳数控机床加工实况
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辨向电路
正向移动时脉冲数累加，反向移动时，便从累加旳脉冲数中 减去反向移动所得到旳脉冲数，这么光栅传感器就可辨向。
1、光栅旳类型
光栅 光栅
一般是由在表面上按一定间 透射式光栅 隔制成透光和不透光旳条纹
旳玻璃构成
反射式光栅
在金属光洁旳表面上按一定 间隔制成全反射和漫反射旳
条纹。
长光栅 测量线位移旳光栅为矩形并随被 测长度增长而加长
圆光栅 测量角位移旳光栅为圆形
2、光栅旳外形及构造
尺身
尺身安装孔 防尘保护罩旳内部为长磁栅
反射式扫描头 （与移动部件固定）
扫描头安装孔
莫尔条纹原理
莫尔条纹原理
莫尔条纹原理是指在材料表面或界面上的应力场中，由于应力场的不均匀分布而引起的光学效应。
这一原理最早由德国物理学家莫尔于19世纪提出，并被广泛应用于材料科学、光学工程等领域。
莫尔条纹的形成是由于材料表面或界面上的应力不均匀引起的，当光线通过这些区域时，会发生折射、反射和干涉现象，从而形成明暗相间的条纹。
通过观察这些条纹的形态和分布，可以推断出材料表面或界面上的应力状态，进而对材料的性能进行评估和分析。
莫尔条纹原理在材料科学中具有重要意义。
通过观察材料表面上的莫尔条纹，可以非破坏性地评估材料的应力分布情况，检测材料的质量和性能。
例如，在金属材料的应力分析中，莫尔条纹方法可以用来检测焊接接头、零件表面的应力分布情况，从而指导工程实践和质量控制。
除了在材料科学中的应用，莫尔条纹原理还被广泛运用于光学工程领域。
利用莫尔条纹原理，可以设计和制造出具有特定光学性能的材料和器件。
例如，在激光技术中，莫尔条纹方法可以用来检测激光器件表面的应力分布，优化激光器件的性能和稳定性。
总的来说，莫尔条纹原理是一种重要的光学现象，它不仅在材料科学中有着重要的应用，也在光学工程领域发挥着重要作用。
通过对莫尔条纹的观察和分析，可以深入了解材料的应力状态，为材料性能的评估和优化提供重要依据。
因此，深入研究和理解莫尔条纹原理对于推动材料科学和光学工程的发展具有重要意义。
莫尔条纹的工作原理
莫尔条纹的工作原理
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊莫尔条纹的工作原理呀！
哇，莫尔条纹，这可是个相当神奇的东西呢！
首先呀，咱们得搞清楚啥是莫尔条纹？莫尔条纹呢，简单来说，就是当两个周期性的结构相互叠加的时候产生的一种光学现象！哎呀呀，是不是听起来有点复杂？别着急，听我慢慢说。
那它到底是怎么工作的呢？1. 当两个具有相同周期或相似周期的光栅相互重叠时，就会出现莫尔条纹。
比如说，一个光栅的线条稍微有点倾斜地和另一个光栅重叠在一起，这时候莫尔条纹就出现啦！
2. 莫尔条纹的间距和光栅的间距、角度等等都有关系呢。
如果两个光栅的间距变小，莫尔条纹的间距就会变大；如果角度改变，莫尔条纹的形状和间距也会跟着改变！这是不是很神奇呀？
3. 莫尔条纹的亮度变化也是有规律的哟！在某些位置会特别亮，在某些位置又会比较暗。
这种亮度的变化，其实是因为光线在不同位置的干涉情况不同导致的呢！
哎呀呀，莫尔条纹在很多领域都有大用处呢！在测量领域，它可以用来精确测量位移、角度等物理量。
比如说，通过观察莫尔条纹的移动，就能知道物体移动的距离，这精度可是相当高的呀！在防伪技术中，莫尔条纹也能发挥作用，让假冒伪劣产品无处可逃！哇，想想都觉得厉害！
朋友们，莫尔条纹的工作原理是不是很有趣呀？它就像是一个隐藏在光学世界里的小魔法，等待着我们去发现和利用！。
传感器实验--莫尔条纹演示概述
莫尔条纹演示
莫尔条纹光学放大作用举
例
有始终线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与 指示光栅的夹角 =1.8 ，则：
区分力 =栅距W =1mm/50=0.02mm=20 m 〔由于栅距很小，因此无法观看光强的变化〕
莫尔条纹的宽度是栅距的32倍： L ≈W/θ = 0.02mm/〔1.8 *3.14/180 〕
= 0.02mm/0.0314 = 0.637mm 由于较大，因此可以用小面积的光电池“观看” 莫尔条纹光强的变化。
光栅的输出信号〔TTL〕
余弦信号 〔超前〕 正弦信号 零位信号Biblioteka 光栅输出信号〔电压正弦波〕
余弦信号 细分点 正弦信号 零位信号
脉冲细分
细分前
细分技术能在不增
加光栅刻线数及价格的状
况下提高光栅的区分力。
莫尔条纹的光学放大作用
在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠 合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹 角θ。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两 光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。
L≈W/θ ，〔θ 为主光栅和指示 光栅刻线的夹角， 弧度〕
光栅的刻线宽度W 莫尔条纹的宽度L
细分前，光栅的区分力只
有一个栅距的大小。承受
4细分技术后，计数脉冲
的频率提高了4倍，相当
于原光栅的区分力提高了
3倍，测量步距是原来的
1/4， 较大地提高了测量 细分后 精度。
莫尔条纹的原理
莫尔条纹是一种光学现象，它是由两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉而产生的视觉结果。
当这两条线或两个物体之间的距离非常小时，它们就会相互影响，形成干涉条纹。
这种现象最早由18世纪的法国研究人员莫尔发现，因此也被称为摩尔纹。
在某些情况下，莫尔条纹可以通过彩色条纹的形式出现，这些条纹是由于感光元件的高频干扰造成的。
在技术应用中，莫尔条纹可以用于光栅位移的精密测量。
例如，当偏振光通过晶体时，会发生双折射现象，导致光线振动面的旋转。
如果晶体中存在多个方向的结晶，不同方向的结晶对偏振光的旋转角度不同，从而形成不同颜色和宽度的干涉条纹。
这种干涉条纹在显微镜下观察尤为明显。
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物体上的光强分布为
I1
=
I0
1
2
+
1 2
g[2πlx
/(h
+
l)P]
cosφ
φ 为入射光与表面法线间夹角
由于
(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
I2
=
l0
cosφ
4
1 +
g
2π
P
hd + lx + g 2π
h+l P
可实现 1 长度计量 2 长度定位控制 3 角度计量 4 角度定位控制 5 运动比较仪 传动链检查仪 6 物体等高线测定 7 应变测定 8 相位测定 等
用莫尔条纹原理实现的线位移测量系统 光栅尺
用莫尔条纹原理实现的角位移测量系统 光栅编码器
二 序数方程原理 两光栅交点由栅线序数 N M组成 KMN
三 测量系统
三坐标测量机的测量系统的主要部件是测头和标准器 三坐标测量机的精度与工作效率和测头密切相关 没有先进的 测头 就无法发挥测量机的功能 三坐标测头可视为一种传感 器 只是其种类 结构原理 性能较一般的传感器复杂得多 大致可归纳为以下几类
(1)机械接触式测头(硬测头) 包括圆锥形 圆柱形和球形测头 回转式半圆和回转式1/4 柱面测头 盘形测头 凹圆锥测头 点测头 V形块测头及直角 测头等 (2)光学非接触测头 光学非接触测头对于测量软的 薄的 脆性的工件及光学刻 线非常方便 尤其对限定不能用机械测头与电测头的工件 只 能采用光学非接触测头 它不仅可作二坐标测量用 也能用作 三坐标的测量 适合于测量不规则空间型面(涡轮叶片 软质表 面等)
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
莫尔轮廓测定原理
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
y
=
xctgϕ
−
KW
sin ϕ
讨论 1 P1 P2 P θ较小时
W
=
P
2
sin
θ
2
≈
P
θ
ϕ
=
90D
+
θ
2
2 θ 0时
sinϕ = 0
W = P1P2 P1 − P2
若P1 P2 P 条纹宽度为无限大 光闸莫尔条纹
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 q 相同的分量有同一衍射方向 称为q级组或q级群
2π /P称为基频
对一对光栅副G1 G2
f (T ) = f (G1) f (G2 )
总结 莫尔条纹形成可用三种方式描述 1 序数方程 2 衍射原理 3 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 条纹把位移放大
W = P /θ
2 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
令K M N
条纹I
(-3,-1) (-2,0) (-1,1) (0,2) (1,3) …
条纹II
(-2,-1) (-1,0) (0,1) (1,2) (2,3) …
条纹III
(-1,-1) (0,0) (1,1) (2,2) (3,3) …
K2 K1 K0
设两光栅节距分别是P1 P2 相交角θ
x = NP1
时域相位测量技术的代表形式是移相式轮廓测量法
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 N+1步法 Carré 最小二乘法 等
2 空域相位测量技术
空域相位测量技术只用一幅干涉图来解调相位信息 这 种技术有多种方法,但它们的本质是相同的 包括
三 镜像式读数头 1 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
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
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 但实际中经常需要零位 解决方案 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
2 光电转换与信号处理
接收器 光电二极管 光电三极管 硅光电池 硒光电池 等
φ
[1
+
2
π2
∞1 n2
n=1
cos 2π
P
ndh ] h+l
形成莫尔条纹等高线
照射型的缺点 要求光栅面积大 至少覆盖被测轮廓 而 且必须靠近它 因此发展了新的投影型莫尔条纹图形法 2 投影型莫尔条纹图形法
投影型光学系统图
投影型光学原理图
一般情况下从基面到莫尔条纹的深度
hV
=
l(l − f )NP fd − (l − f )NP
四 频谱分析原理 1 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) = ∑ Cn exp( jnωx)
n=−∞
∫1
Cn = P
P/2 f (x) exp(− jnωx)
−P/2
f (x) =
τ
+
∞
∑
2τ
[sin c(nωτ
/ 2)]cos(nωτ )
P n=1 P
此法特点 采用小面积基准光栅可以计测较大的三维物体 透镜可调换倍率 对微小物体可采用缩小投影 不受光栅衍射现象影响 投影的莫尔图可在物体上直接观察
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 兹 列举如下 可参考有关文章
1 时域相位测量技术
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 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
2 用精度考核公式
2
+
4L 1000
µm
用光栅尺实现的传统光机仪器改造
用光栅尺改造万能工具显微镜 数显万工显
第4节 莫尔技术测角 1 光电轴角编码器
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
3 龙门式(图A21 c d)
龙门式的结构刚性好 适用于大型测量机 x轴的移动距 离可达10m
4 桥式(图A21 e f)
桥式还分移动式和固定式两种 其特点是装卸工件非常方 便 操作性能好 适宜于小型测量机 精度较高
5 卧式悬臂坐标测量机(图A21 g h)
它是在卧式镗床或坐标镗床的基础上发展的 精度高 但结 构复杂
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
一类将试件光栅和基准光栅合一 测量时观察者 或TV 透 过光栅观察其阴影 称为实体光栅照射法 简称照射型
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 照射型莫尔法 1 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 >h1 N2 >h2
x cosθ − y sinθ = MP2
可得莫尔条纹方程
y
=
x
P1
cosθ − P1 sinθ
P2
−
KP1
sinθ
由此可推出莫尔条纹的宽度W及其对y轴的夹角φ
W=
P1P2
P12 + P22 − 2P1P2 cosθ
sinϕ =
P1 sinθ
P12 + P22 − 2P1P2 cosθ