光学测量仪及其应用调研

一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固 定长度参考光束。另一个角锥反射镜相对于分光 镜移动，形成变化长度测量光束。
从激光头射出的激光光束①具有单一频率，标称 波长为633nm，长期波长稳定性（真空中）优于 0.05ppm。当此光束到达偏振分光镜时，被分成 两束光——反射光束②和透射光束③。这两束光 被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光 镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束 ④。
图1 激光干涉仪 图3 SJ5100高精度光栅测长机
望远光学原理、显微 光学原理、投影光学原理、干涉光学原理。
自准直类光学计量仪器、 显微镜类光学计量仪器、投影类光学计量仪器、光干涉类光 学计量仪器
图2 JD2A 投影 卧式 光学 计
MPE:Maximum Permissible Error,对给定的测量仪器，由规范、规程等所允许的误差极限值，成为测 量仪器的最大允许误差，常可简写为mpe，有时也称为测量仪器的允许误差限。
普通 激光 雷达 光学 扫描 器部 分
为了实现室内运动目标位姿的高精度测量，科学家们建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.
该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上， 通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统，利用高速摄像机实时记录 幕墙上投影光斑的位置，利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标，利用投影光斑之间构成 的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后，根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参 数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明，当摄像机的视场范 围为14 000 mm×7 000 mm时，测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ)，位置测量精度为5 mm，且 误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致，验证了提出的目标位姿测量方法与测量 误差传递模型的准确性，能够满足目标位姿测量高精度的要求. 更厉害的，引入光纤光栅传感器，并结合螺纹管压弯扭分离测量理论，实现对螺纹管所受压力、 弯矩和扭矩的测量.
使用读数显微镜要注意： (1)当转动转鼓A移动显微镜时，要使显微镜的移动方向和被 测物的两点连线平行； (2)防止回程误差，即每次只能向一个方向转动转鼓使叉丝和 目标对准，如超过被测点，要多退回一些从新进行。
在AFM中，使用对微弱力非常敏感的弹性悬臂上的针尖对样品表 面作光栅式扫描。当针尖和样品表面的距离非常接近时，针尖尖 端的原子与样品表面的原子之间存在极微弱的作用力（ N），此 时，微悬臂就会发生微小的弹性形变。针尖与样品之间的力F与微 悬臂的形变之间遵循虎克定律：F=-k*x ，其中，k为微悬臂的力 常数。所以，只要测出微悬臂形变量的大小，就可以获得针尖与 样品之间作用力的大小。 针尖与样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系，所以在扫描 过程中利用反馈回路保持针尖与样品之间的作用力恒定，即保持 为悬臂的形变量不变，针尖就会随样品表面的起伏上下移动，记 录针尖上下运动的轨迹即可得到样品表面形貌的信息。这种工作 模式被称为“恒力”模式（Constant Force Mode），是使用最广 泛的扫描方式。 AFM的图像也可以使用“恒高”模式（Constant Height Mode） 来获得，也就是在X，Y扫描过程中，不使用反馈回路，保持针尖 与样品之间的距离恒定，通过测量微悬臂Z方向的形变量来成像。 这种方式不使用反馈回路，可以采用更高的扫描速度，通常在观 察原子、分子像时用得比较多，而对于表面起伏比较大的样品不 适用。
光纤压 力传感 器
NRC-美国国家研究委员会 FTAC-OP-光学和光子学快速行动委员会
电子行业飞速发展，莫过于5G网络发布功不可没，随着电子工业、计算机、集成电路、半导体芯片、光 纤通信、移动通信、卫星通信和以微电子为基础的家用电器行业的迅速发展，这种产品的特点是体积小、 薄、软，借助光学测量设备，为了提高产品质量。 图像测量系统的主要特点是：非接触式测量，使被测物体无形变，适合测量能力较强。测量速度快，测量效率大大提高，采点精准高， 保证了测量的可靠性高，夹具辅助测量物体方便。电子工业产品或附件，对于测量的要求，有行业内的 特殊一面，测量尺寸小，易变形，检测精密高。 电子工业产品或附件，对于测量的要求，有行业内的特殊一面，测量尺寸小，易变形，检测精密高。全 自动影像测量仪，给予五金、手机、玻璃、PCB板等等行业检测系统提供了强有力的支持。
如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相 消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的 信号。
如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器 都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号 变化。这些变化（条纹）被数出来，用于计算两 光程差的变化。测量的长度等于条纹数乘以激光 波长的一半。
双频激光干涉仪是应用频率变化来测量位移的，这种位移信息载于f1和f2的频差上，对由光强变化引起的直流电平变化 不敏感，所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度，也可用作测长机、 高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件，还可进行高精度直线度测量、平面度测量和小角度测量。
投影式仪器原理
形位公差投影测量仪
公差带投影仪主要是把通用实体投影仪整块大反射镜变成了小条状或小块状反射镜。它所投影放大的不是被 测物的全象，而是被测物的某一需要部位。图中，a为具有整体反射镜的普通实体投影的光路图，若将其反 射镜分成两部分，改成如图b所示，并转动两块反射镜使落在两块反射镜上的影像边缘对称地向主光轴，直 至投影的影屏上的这两条线接触，形成一条线，这条线即为公差带的基准线，叫做‘零线’
t f物 tan 2 2 f物
测微原理：
t 0.4 1
2 f物 2 400 2000
图1 双管显微镜
图2 万能测长仪
读数显微镜是将测微螺旋和显微镜组合起来的作精确测量长 度的仪器。它的测微螺距为1mm。结构如图1-8。 它的测微螺距为1mm。如图1-8所示，和螺旋测微计活动套管 对应的部分是转鼓，它的周边等分为100个分格，每转一个分 格显微镜将移动0.01mm，所以读数显微镜的测量精度也是 0.01mm，它的量程一般是50mm。
MLCC 沾锡不 良报告 之原物 料切片 分析
全自 动影 像测 量仪
这些仪器又衍生了各种各样的光学测量方法。
图1根据 激光雷 达技术 研制的 无人小 飞机
还有为实现水平非均匀分布的低层大气气溶胶光学特性的遥感探测，提出一种基于双扫描激光雷达的气溶 胶精细探测方法.该方法以扫描激光雷达为遥感探测工具，通过双激光雷达相向交叉扫描工作模式，实现对 同一空域近地表气溶胶全视野剖面的交叉探测，从而提供双激光雷达方程组以精确求解气溶胶消光和后向 散射系数.在数据反演过程中，通过对交叉扫描区域进行坐标化和网格化处理、网格像素单元的初值预设， 以及双扫描激光雷达方程组的数值逼近反演得到气溶胶消光.利用长距离扫描激光雷达的数据对该方法进行 验证，结果表明，该方法与多角度方法反演所得到的结果随高度变化的趋势具有高度的一致性；同时双扫 描激光雷达可提供交叉扫描区域剖面的气溶胶浓度分布，相比于单条廓线具有较大的优势. 以及针对多普勒非对称空间外差干涉技术，提出一种目标信号相位自校正的方法.首先通过连续采样单色光 的干涉图跟踪绝对相位漂移；然后分段线性拟合不同风速下的干涉相位，通过计算两条拟合曲线距离去除 相位漂移.搭建风速模拟实验平台，获得采样干涉图，并对相位误差进行校正.结果表明，在60.37 m/s的模 拟风速下，相位漂移误差达到30.78 m/s，通过相位校正风速反演误差降低至3.51 m/s，风速精度得到较大 改善.最终通过几组不同风速下的反演值得到了平均2.97 m/s的风速测量精度.
假定两反射镜在此位置不动，如c所示，被测物长 度增加了l，反射镜上映像随之按放大倍数增大， 则影屏上的映像将出现叠加的现象。 反之，被测物长度减少了l，反射镜上的影像随之 减小，影屏上的影像出现了分离的现象。
另外，公差带投影式比较法测量，因而对光学系 统的要求不高。
SJ6000激光干涉仪
数控机床轴定位精度、重复定位精度的检测