莫爾條紋測試技術(shù)

1、莫爾條紋測試技術(shù)莫爾條紋測試技術(shù)1目 錄莫爾條紋技術(shù)簡介莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)莫爾形貌（等高線）測試技術(shù)莫爾測試技術(shù)應(yīng)用22022-6-233令人驚奇的條紋動畫令人驚奇的條紋動畫2022-6-234莫爾條紋技術(shù)簡介莫爾條紋技術(shù)簡介引言：莫爾（Moire）一詞在法文中的原意是表示水波紋或波狀花紋。當薄的兩層絲綢重疊在一起并作相對運動時，則形成一種漂動的水波型花樣，當時就將這種有趣的花樣叫做莫爾條紋。2022-6-235莫爾條紋技術(shù)簡介莫爾條紋技術(shù)簡介引言：一般來說，任何兩組（或多組）有一定排列規(guī)律的幾何線族的疊合，均能產(chǎn)生按新規(guī)律分布的莫爾條紋圖案。1874年英國物理學家瑞利首次將莫爾圖案作為一種計測

2、手段，根據(jù)條紋形態(tài)來評價光柵尺各線紋間的間隔均勻性，從而開創(chuàng)了莫爾測試技術(shù)。隨著光刻技術(shù)和光電子技術(shù)水平的提高，莫爾技術(shù)獲得較快發(fā)展，在位移測試、數(shù)字控制、伺服跟蹤、運動比較等方面有廣泛的應(yīng)用。光柵尺位移傳感器2022-6-236莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)在莫爾測試技術(shù)中，通常利用兩塊光柵（稱做光柵付）或光柵的兩個像的重疊產(chǎn)生莫爾條紋，以獲取各種被測量的信息。長光柵莫爾條紋長光柵莫爾條紋播放動畫播放動畫長光柵光閘莫爾條紋長光柵光閘莫爾條紋播放動畫播放動畫播放中播放中圓弧莫爾條紋圓弧莫爾條紋單擊準備演示單擊準備演示播放動畫播放動畫光閘莫爾條紋光閘莫爾條紋播放動畫播放動畫播放中播放中環(huán)形莫爾

3、條紋播放動畫播放動畫播放中播放中單擊準備演示單擊準備演示單擊準備演示單擊準備演示輻射形莫爾條紋播放動畫播放動畫2022-6-2313莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)在莫爾測試技術(shù)中，通常利用兩塊光柵（稱做光柵付）或光柵的兩個像的重疊產(chǎn)生莫爾條紋，以獲取各種被測量的信息。莫爾條紋的形成，實質(zhì)是光通過光柵時光的衍射和干涉的結(jié)果。在不同場合，可以有多種解釋方式。幾何光學原理如果所用的光源為非相干光源，光柵為節(jié)距較大的黑白光柵，光柵付柵線面之間間隙較小時，通常可以按照光是直線傳播的幾何光學原理，利用光柵柵線之間的遮光效應(yīng)來解釋莫爾條紋的形成，并推導出光柵付結(jié)構(gòu)參數(shù)與莫爾條紋幾何圖形的關(guān)系。2022-6

4、-2314莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)幾何光學原理N=0 N=1N= -1 N=0 N=1a) 節(jié)距不同b) 柵線方向不同0N= 43212022-6-2315莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)幾何光學原理X莫爾條紋的幾何關(guān)系P1P2 WYa)YABD CEb)cos221222121PPPPPPW實際應(yīng)用中，兩柵的實際應(yīng)用中，兩柵的節(jié)距往往相同，即節(jié)距往往相同，即P P1 1= =P P2 2= =P P。 )2/sin(2)cos1 (2PPWPW光學放大作用。例如，光學放大作用。例如，=0.004=0.004弧度時（即弧度時（即1414），），W W=250=250P P，節(jié)距，節(jié)距放

5、大倍率達放大倍率達250250倍。倍。 莫爾條紋光學放大作用舉莫爾條紋光學放大作用舉例例 有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，主光柵與，主光柵與指示光柵的夾角指示光柵的夾角 =1.8 ，則：，則： 分辨力分辨力 =柵距柵距W =1mm/50=0.02mm=20 m （由于柵距很小，因此無法觀察光強的變化）（由于柵距很小，因此無法觀察光強的變化） 莫爾條紋的莫爾條紋的寬度是柵距的寬度是柵距的32倍：倍： L W/ = 0.02mm/（1.8 *3.14/180 ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm 由于較大，因此可以用小面積的光電池由于較大，因此可以用

6、小面積的光電池“觀察觀察”莫爾條紋莫爾條紋光強的變化。光強的變化。2022-6-2317莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)衍射原理 單純利用幾何光學原理，不可能說明許多在莫爾測量技術(shù)中出現(xiàn)的現(xiàn)象。例如:在使用相位光柵時，這種光柵處處透光，它對入射光波的作用僅僅是對其相位進行調(diào)制，然而，利用相位光柵亦能產(chǎn)生莫爾條紋，這就不可能用柵線的遮光作用予以說明。當使用細節(jié)距光柵時，在普通照明條件下就很容易觀察到彩色衍射條紋。兩塊細節(jié)距光柵疊合形成的莫爾條紋中，往往會出現(xiàn)暗弱的次級條紋，這些現(xiàn)象必須應(yīng)用衍射原理才能解釋。在莫爾測量技術(shù)中用到的光柵自成像現(xiàn)象也是無法用幾何光學原理解釋的。2022-6-2318莫

7、爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)衍射原理1）光柵副的衍射G1G210-1(-1,0)(0,-1)(0,0)(1,-1)(0,1)(1,0)(1,1)(1,2)雙光柵的衍射級2）衍射光的干涉光柵付衍射光有多個方向，每個方向又有多個光束，它們之間相互干涉形成的條紋很復雜，行成不了清晰的莫爾條紋，可以在光柵付后面加透鏡L，在透鏡的焦點處用一光闌只讓一個方向的衍射光通過，濾掉其它方向的光束，以提高莫爾條紋的質(zhì)量。G1f(-1,0)(-1,1)(0,0)(0,1)(1,0)衍射光的干涉G22022-6-2319莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)莫爾條紋技術(shù)基礎(chǔ)衍射原理2）衍射光的干涉由一級組(0，1)和(1，0)兩光束相干

8、所形成的光強分布按余弦規(guī)律變化，其條紋方向和寬度與用幾何光學原理分析的結(jié)果相同。但是在考慮同一組中各衍射光束干涉相加的一般情況下，莫爾條紋的光強分布不再是簡單的余弦函數(shù)。通常，在其基本周期的最大值和最小值之間出現(xiàn)次最大值和次最小值。即在其主條紋之間出現(xiàn)次條紋、伴線。 2022-6-2320莫爾形貌（等高線）測試技術(shù)莫爾形貌（等高線）測試是莫爾技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。表面輪廓的莫爾測定法是通過一塊基準光柵來檢測輪廓面上的影柵或像柵，并依據(jù)莫爾圖案分布規(guī)律推算出輪廓形狀的全場測量方法。2022-6-2321莫爾形貌（等高線）測試技術(shù)分類：實體光柵照射法（簡稱照射型）是將試件光柵和基準光柵合一，測

9、量時觀察者（或攝像機）透過光柵觀察其空間陰影；實體光柵投影法（簡稱投影型）是將空間變形像柵成像在基準光柵面上，以產(chǎn)生莫爾輪廓條紋。除了照射型和投影型兩種基本型外，又派生出所謂光柵全息型、光柵衍射型和全景莫爾型等。這些方法在原理和光路布局上并無實質(zhì)性變化，但擴大了莫爾法的性能和適用范圍。2022-6-2322莫爾形貌（等高線）測試技術(shù)照射型莫爾法YLdXlO B C D(x,y)FE(x,y)h P照射型莫爾法幾何原理圖 KNPPmnODOBBD)()tan(tan hBDNPdNPllNPdNPlDFlOBNPNPhtantan所得莫爾條紋為試件離光柵所得莫爾條紋為試件離光柵高度高度h的等高線

10、族，但相鄰條的等高線族，但相鄰條紋間高差不等。紋間高差不等。 2022-6-2323莫爾形貌（等高線）測試技術(shù)照射型莫爾法由于視線斜對光柵而莫爾條紋在光柵平面形成，這就造成對試件表面各點坐標的透視差。相機所攝莫爾條紋在D點，坐標為（x，y），而實際上此條紋應(yīng)代表試件表面上E點的高度，E點坐標為（x，y）。因此，應(yīng)對坐標的視差進行修正。 由圖示因此lxdhxx) () (ydlhyyxdlhxx獲得莫爾條獲得莫爾條紋圖后，應(yīng)紋圖后，應(yīng)根據(jù)該式進根據(jù)該式進行坐標修正行坐標修正 YLdXlO B C D(x,y)FE(x,y)h P照射型莫爾法幾何原理圖 K2022-6-2324莫爾形貌（等高線）測

11、試技術(shù)投影型莫爾法照射型莫爾法雖然具有測定裝置簡單、使用方便、準確度高等優(yōu)點，但要求光柵面積較大、而且必須緊靠著被測面，這是該方法的兩個主要缺點。于是發(fā)展了一種投影型的方法。L1G1 C1L2G2 C2SobG1G2L1L2dalh2h1BCA2A1BCD投影莫爾法光學系統(tǒng)與原理圖示由于由于A1BC A1L1L2和和BCL2 BCL2，故，故 BC：L1L2 = h1：（：（h1+l）, BC=Pl/a于是于是aPldPlalh1PflfdflPlh)()(12022-6-2325莫爾形貌（等高線）測試技術(shù)投影型莫爾法一般情況下，從基準面到莫爾條紋的深度可推廣：NPflfdNPfllhN)()

12、(2022-6-2326莫爾形貌（等高線）測試技術(shù)莫爾條紋級次與凹凸判斷實際測量時條紋的絕對級數(shù)不易確定，只能定出條紋的相對級數(shù)。判定凹凸的方法是:當使光柵離開物體時，如果條紋向內(nèi)收縮，表明該處表面是凸的，反之是凹的；照射型中還可通過移動光源來確定凹凸問題，如果光源同接受器之間的距離d增加，條紋向外擴張，且條紋數(shù)增加，則是凸的。也可采用彩色光柵的方法來判斷凹與凸。物體表面的凹凸一旦確定，就可用確定干涉條紋級次的方法來確定莫爾條紋的級次。2022-6-2327莫爾形貌（等高線）測試技術(shù)幾何可測深度實際光源總有一定寬度。設(shè)光源橫向?qū)挾葹閎，由于光源線寬的影響，光柵透光區(qū)擴大而陰影區(qū)縮小，陰影區(qū)（圖中斜線部分為陰影區(qū)）與透光區(qū)之間則為半影，這使影柵沒有明確的亮暗界限，甚至不能分辨。blHmaxG幾何可測深度PPbPlHmax2022-6-2328莫爾測試技術(shù)應(yīng)用隨著科學技術(shù)的發(fā)展，莫爾技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展