光学工艺与测量

光学检测的综述光学检测的综述摘要随着科学技术和⼯业的发展，测量检测技术在⾃动化⽣产、质量控制、机器⼈视觉、反求⼯程、CAD/CAM以及⽣物医学⼯程等⽅⾯的应⽤⽇益重要。

传统的接触式测量技术存在测量⼒、测量时间长、需进⾏测头半径的补偿、不能测量弹性或脆性材料等局限性，因⽽不能满⾜现代⼯业发展的需要。

近年来由于光学⾮接触式测量技术克服了上述缺陷，其⾮接触、⾼效率、⾼准确度和易于实现⾃动化的特点，成为近年来测量技术研究的热点。

本⽂介绍了多种基于各种测量原理的光学检测⽅法。

关键词:光学检测；三维测量; 数字相移;1.光电检测技术光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、衍射、折射、透射等）进⾏检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。

由输⼊电路、放⼤滤波等检测电路提取有⽤的信息，再经过A/D变换接⼝输⼊微型计算机运算、处理，最后显⽰或打印输出所需检测物体的⼏何量或物理量[1]。

如图1所⽰光电检测系统的组成。

图1 光电检测系统光电检测技术的特点：–⾼精度：从地球到⽉球激光测距的精度达到1⽶。

–⾼速度：光速是最快的。

–远距离、⼤量程：遥控、遥测和遥感。

–⾮接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进⾏测量。

–寿命长：光电检测中通常⽆机械运动部分，故测量装置寿命长。

–数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能⼒。

光电检测的⽅法：直接作⽤法差动测量法补偿测量法脉冲测量法光电检测系统◆主动系统/被动系统(按信息光源分)–主动系统通过信息调制光源,或者光源发射的光受被测物体调制。

如图2所⽰图2 主动系统的组成框图–被动系统光信号来⾃被测物体的⾃发辐射。

如图3所⽰图3 被动系统的组成框图◆红外系统/可见光系统(按光源波长分)[2]–红外系统多⽤于军事,有⼤⽓窗⼝,需要特种探测器。

–可见光系统多⽤于民⽤◆点探测/⾯探测系统(按接受系统分)–⽤单元探测器接受⽬标的总辐射功率。

实验一物镜焦距、截距的测定一、实验目的掌握用定焦距平行光管法测量光学系统焦距、截距的方法二、实验内容掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的照相物镜、望远物镜和显微物镜的象方焦距和截距、物方焦距和截距。

三、实验原理测量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）测量范围大，测量精度高，相对误差一般在1％以下，是目前常用的方法，其测量原理如图1－1。

图1－1焦距截距的测定原理图其中O 是平行光管物镜，L 是被测透镜，y0 是位于平行光管物镜焦平面上的一对刻线的间隔距离。

y0 经过平行光管物镜后成像在无限远处，再经过被测透镜L 后，在它的焦平面上得到y0 的像y`。

这种方法的原理就是通过测量像y`的大小，然后计算出被测透镜的焦距。

从图1－1 看出下面两个关系式，用作图成像的方法很容易得出：w=w`（1－1）这就是用定焦距平行光管法测定焦距所用的公式，其中f0`是平行光管物镜的焦距，是已知的。

Y0 是位于平行光管物镜焦平面处的分划板上的一对刻线的间隔距离，它的大小也是事先已知的。

Y`是这对刻线y0 经过被测透镜后所成的像，如果能测量出此像y`的大小，那么就很容易用公式（1－1）计算出被测透镜的焦距f`。

利用本公式及方法，可以测量正负透镜、望远物镜、照相物镜、放映物镜，各种目镜的焦距。

应当注意要正确选择测量显微镜的物镜，使之与被测光学系统相匹配。

如测负焦距系统使要选择长工作距的显微物镜。

这是因显微物镜的倍率不同，故（1－1）式变化如下（1－2）式中：β――――――测量显微镜放大倍数四、实验设备焦距仪、待测物镜（照相物镜、照相物镜、显微物镜）焦距仪结构示意如图1－2，它包括一个平行光管、一个透镜夹持器、一个带有目镜的读数显微镜和把它们连在一起的一根带有长度刻尺的导轨组成。

图1－2焦距仪结构示意图1.平行光管、2.透镜夹持器、3.测微目镜组成1．平行光管本实验采用的平行光管物镜的焦距为550mm。

光学传感器的制备及其测量技术研究第一章：绪论光学传感器是一种利用光学原理设计制造的传感器，具有高灵敏度、高精度、快速响应等特点，广泛应用于制造业、生命科学、环境监测等领域。

本文将围绕光学传感器的制备及其测量技术展开讨论，为读者提供相关的知识和实践经验。

第二章：光学传感器的制备2.1 光学传感器的基本结构光学传感器的基本结构由光源、传感单元、接收器等组成。

其中传感单元是光学传感器的核心部件，主要用于感知外部环境的变化并将变化转换为光信号输出。

2.2 光学传感器的制备材料目前常用的光学传感器材料主要包括光纤、光波导等。

其中光纤具有成本低、维护方便、稳定性好等特点，广泛应用于生物传感器、环境传感器等领域。

2.3 光学传感器的制备工艺制备光学传感器的工艺包括光学传感器芯片加工、光学元件制备、封装等。

在制备过程中，需要考虑材料的选取、工艺的优化以及制备过程中的精密控制等因素。

第三章：光学传感器的测量技术3.1 光学传感器测量原理光学传感器测量原理基于光的传播特性和介质的光学参数变化关系，通过光电转换技术将光信号转换为电信号输出。

常用的光学测量技术包括反射法、透射法、散射法等。

3.2 光学传感器的测量方法随着光学传感器的发展，出现了很多多种测量方法。

比如：FBG传感器、拉曼光谱传感器等等。

3.3 光学传感器的测量精度光学传感器测量精度是评价传感器性能的重要指标之一，影响因素包括光源、光路设计、接收机灵敏度等。

为提高测量精度，需要对这些因素进行优化和控制。

第四章：光学传感器的应用4.1 制造业应用光学传感器在制造业中被广泛应用，主要用于测量零件的尺寸、位置等参数，控制生产过程的精度和质量。

4.2 生命科学应用光学传感器在生命科学中应用广泛，如荧光分析、蛋白质检测等领域。

应用光学传感器技术可以获得更高的测量精度和分析能力。

4.3 环境监测应用光学传感器可以用于环境监测，如检测水质、空气质量等。

由于光学传感器具有快速响应、高精度等优点，可以提高监测效率和数据的准确性。

目录第一章基本光学测试技术 (2)第二章光学准直与自准直 (5)第三章光学测角技术 (9)第四章：光学干涉测试技术 (12)第六章：光学系统成像性能评测 (15)第一章 基本光学测试技术• 对准、调焦的定义、目的；对准又称横向对准，是指一个对准目标（？）与比较标志（？）在垂直瞄准轴（？）方向像的重合或置中。

例：打靶、长度度量人眼的对准与未对准：对准的目的：1.瞄准目标（打靶）；2.精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。

调焦又称纵向对准，是指一个目标像（？）与比较标志（？）在瞄准轴（？）方向的重合。

人眼调焦：调焦的目的 ：1.使目标与基准标志位于垂直于瞄准轴方向的同一个面上，也就是使二者位于同一空间深度；2.使物体（目标）成像清晰；3.确定物面或其共轭像面的位置——定焦。

121'2'1'P 2'2''•人眼调焦的方法及其误差构成；常见的调焦方法有清晰度法和消视差法。

清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。

调焦误差是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。

消视差法是以眼镜在垂直平面上左右摆动也看不出目标和标志有相对横移为准的。

误差来源于人眼的对准误差。

（消视差法特点：可将纵向调焦转变为横向对准；可通过选择误差小的对准方式来提高调焦精确度；不受焦深影响）•对准误差、调焦误差的表示方法；对准误差的表示法：人眼、望远系统用张角表示；显微系统用物方垂轴偏离量表示；调焦误差的表示法：人眼、望远系统用视度表示；显微系统用目标与标志轴向间距表示；•常用的对准方式；常见的对准方式有压线对准，游标对准，夹线对准，叉线对准，狭缝叉线对准或狭缝夹线对准。

•光学系统在对准、调焦中的作用；提高对准、调焦精度，减小对准、调焦误差。

•提高对准精度、调焦精度的途径；使用光学系统进行对准，调焦；光电自动对准、光电自动调焦；•光具座的主要构造；平行光管（准直仪）；带回转工作台的自准直望远镜（前置镜）；透镜夹持器；带目镜测微器的测量显微镜；底座•平行光管的用途、简图；作用是提供无限远的目标或给出一束平行光。

印刷过程中的光学检测技术研究在当今的印刷行业中，光学检测技术正发挥着日益重要的作用。

随着对印刷品质量要求的不断提高，以及印刷工艺的日益复杂，如何有效地运用光学检测技术来保障印刷质量、提高生产效率，成为了行业内关注的焦点。

印刷过程中的光学检测技术，简单来说，就是利用光学原理和相关设备，对印刷品在生产过程中的各种参数和特征进行检测和分析。

这一技术的应用范围广泛，涵盖了从印前准备到印刷完成的各个环节。

在印前阶段，光学检测技术可以用于检测制版过程中的网点质量、图文清晰度等。

通过高精度的光学设备，可以对制版材料上的微小细节进行捕捉和分析，及时发现制版过程中可能存在的问题，如网点变形、图文缺失等，从而确保制版的准确性和质量。

在印刷过程中，光学检测技术更是不可或缺。

首先，它能够实时监测印刷品的颜色准确性。

颜色是印刷品质量的关键指标之一，稍有偏差就可能影响整个产品的效果。

光学检测设备可以通过对色彩的分光和测量，与标准颜色进行对比，快速发现颜色偏差，并及时进行调整。

其次，对于印刷品的套准精度，光学检测技术也能够进行精确测量。

套准精度直接关系到图文的清晰和准确，如果套印出现偏差，会导致图文模糊、失真等问题。

利用光学检测，可以实时获取各个颜色版之间的套准情况，一旦发现偏差超过允许范围，系统会自动发出警报并进行调整。

再者，光学检测技术还能够检测印刷品表面的缺陷，如污点、划痕、墨杠等。

这些缺陷虽然细微，但会严重影响印刷品的质量和美观度。

通过高分辨率的光学成像和图像处理技术，能够迅速识别并标记出这些缺陷，以便后续进行处理。

那么，光学检测技术是如何实现这些功能的呢？其核心在于先进的光学传感器和图像处理算法。

光学传感器负责采集印刷品的图像或光信号，这些传感器具有高分辨率、高灵敏度和快速响应的特点，能够捕捉到印刷品上极其细微的变化。

采集到的图像或光信号会被传输到图像处理系统中，通过一系列复杂的算法进行分析和处理。

这些算法能够提取出图像中的关键特征，如颜色、形状、纹理等，并与预设的标准进行对比，从而判断印刷品是否符合质量要求。

钣金加工中的智能检测和测量技术随着钣金加工行业的发展壮大，智能检测和测量技术也逐渐成为了一个重要的方向和趋势。

钣金加工行业涉及到的很多制造工艺都需要通过高精度的测量和检测技术来保证产品质量和工艺效率。

本文将着重介绍最新的智能检测和测量技术在钣金加工中的应用，包括光学测量、机器视觉、三维扫描等方面。

一、光学测量技术目前在钣金加工行业中应用较广的光学测量技术主要有两种：一种是激光投影仪测量，另一种是光栅测量。

激光投影仪是利用激光光束通过相机成像，根据三角测量原理测量任意平面上的二维尺寸与三维尺寸，精度可达到0.01mm。

在产品加工全过程中，利用激光投影仪对工件进行在线的实时检测，能够发现加工过程中的误差和偏差，并进行及时的校正和修正。

光栅测量主要利用光栅技术来测量工件表面的形状、曲率、平整度等参数。

通过将光线投射到工件表面上，测量表面反射的光线，便可得到工件表面的形状信息。

相比于传统的机械式测量方法，光栅测量具有非接触、高精度、高效率等优点，被广泛应用于各类高精度钣金加工中。

二、机器视觉技术在钣金加工行业中，机器视觉技术的应用范围非常广泛，涉及到自动化生产线上的工件检测、尺寸测量、缺陷检测等方面。

机器视觉技术参照了人类视觉的特点，通过自动光学检测、数字信号处理等技术手段，将图像信息转换成数字信号，并在此基础上进行尺寸测量和缺陷检测，可以达到较高水平的自动化控制效果。

机器视觉技术在钣金加工中的应用主要有两种：一种是基于二维图像处理的机器视觉技术，另一种是基于三维点云的机器视觉技术。

基于二维图像处理的机器视觉技术主要用于检测工件表面的形状、颜色、位置等参数，通过特定的算法和模型，实现对工件的自动检测和分类。

基于三维点云的机器视觉技术主要利用三维扫描仪获取工件表面的三维数据，以及相应的点云信息，通过计算和比对，实现对工件表面的高精度尺寸测量。

三、三维扫描技术当前，在钣金加工行业中应用最广泛的三维扫描技术主要有两种：一种是激光三维扫描技术，另一种是结构光三维扫描技术。

光学零件加工技术实验讲义实验一 光学零件毛坯的成型一、实验目的：1、了解古典法加工块料毛坯粗磨成型的工艺过程；2、熟悉所用设备、材辅料等相关知识。

二、实验设备及用品切割机、粗磨机、滚圆机、K9玻璃、金刚砂 三、实验步骤1、 取块料玻璃，在切割机上按30x30x20mm 切割；2、 在平面粗磨机上，分别用100#，240#金刚砂磨平第一面；3、 将磨平的一面用胶粘在平的垫板上，排列均匀；4、 在粗磨机上，手持垫板，用100#，240#金刚砂整盘研磨第二面，要不断更换垫板位置，使之研磨均匀。

同时要用卡尺测量，保证厚度和平行度； 5、 将两面磨平的平行玻璃板粘成条，宽：长=1：8～1：10；6、 在滚圆机上，将玻璃条滚圆成棒，∆Φ+Φ=Φ0；7、 将玻璃棒在电热板上加热，使粘胶熔化并逐一拆开玻璃板； 8、 用酒精等有机溶剂清洗玻璃；9、 用粗磨盘开球面，手持比例移动，更换位置，开出具有一定曲率半径的球面零件； 10、检验，用铁样板或试擦贴度的方法。

四、讨论1、在粗磨平面时，为什么第一面磨平单块加工，而第二面磨平可成盘加工？2、检验时，铁样板或试擦贴度为何从边缘接触密切？实验二金刚石磨轮铣磨球面一、实验目的1、验证光学零件铣磨原理；2、了解粗磨铣磨工艺过程；3、熟悉铣磨机工作原理和调整方法；4、要求铣磨如图1所示的透镜。

二、实验设备与用具透镜铣磨机QM08A 、金刚石磨轮（M D =20mm ，r=2mm ，粒度#100，浓度100%）、千分尺、扳手、透镜毛胚 （mm 010.025-φ，d15mm ）、擦镜盘等。

三、铣磨原理球面零件的铣磨原理如图2、图3所示。

磨轮轴轴线与工作轴轴线相交于0点，两轴线的交角为α，筒形磨轮1绕自身轴线作高速旋转，工件2绕工件轴转动。

磨轮断面在工件表图3-2凸球面铣磨原理 图3-3凹球面铣磨原理 按图2与图3，有以下关系式：)(2sin r R D M±=α （1）式中 α——磨轮轴与工作轴夹角；M D ——磨轮中径；R ——工件被加工面的曲率半径； r ——磨轮端面圆弧半径（凸面取“+”号，凹面取“-”号）上式也可以写成r D R Mαsin 2=（2）当磨轮选定后，M D 与r 均为，调节不同的α角，既可加不同曲率半径的球面零件。

光学检测技术在工艺制造中的应用前景如何在当今的工艺制造领域，光学检测技术正以其独特的优势和强大的功能，逐渐成为不可或缺的重要组成部分。

它就像是一双敏锐的眼睛，能够精确地洞察产品的各种细微特征和缺陷，为提高产品质量和生产效率发挥着关键作用。

那么，光学检测技术在工艺制造中的应用前景究竟如何呢？光学检测技术的原理其实并不复杂，它主要是利用光的特性，如折射、反射、散射、干涉等，来获取被检测物体的信息。

通过各种光学仪器和设备，如显微镜、望远镜、分光光度计、干涉仪等，我们可以对物体的形状、尺寸、表面粗糙度、化学成分等进行精确测量和分析。

在工艺制造的早期阶段，光学检测技术就已经开始崭露头角。

例如，在机械加工中，通过光学显微镜可以观察零件的表面形貌，检测是否存在划痕、裂纹等缺陷。

在电子制造领域，利用光学检测设备可以检查芯片的线路布局是否准确，焊点是否牢固。

随着技术的不断进步，光学检测技术的应用范围越来越广泛，精度和效率也不断提高。

在汽车制造中，光学检测技术发挥着重要作用。

汽车的发动机、变速器等关键零部件的制造精度要求极高，任何微小的缺陷都可能导致严重的质量问题。

利用光学三维测量技术，可以对零部件的形状和尺寸进行高精度的测量，确保其符合设计要求。

同时，在汽车的喷漆过程中，光学检测技术可以检测漆面的厚度和均匀度，保证汽车外观的质量。

在半导体制造领域，光学检测技术更是至关重要。

芯片的制造工艺极其复杂，需要经过多道工序，每一道工序都需要严格的质量控制。

光学检测技术可以在晶圆制造、光刻、蚀刻等环节中，检测晶圆表面的缺陷、线条宽度的精度等，及时发现问题，提高芯片的良率。

在医疗设备制造中，光学检测技术也有着广泛的应用。

例如，在制造人工关节、心脏起搏器等医疗器械时，需要对零部件的尺寸和表面质量进行严格检测，以确保其安全性和可靠性。

光学检测技术能够提供高精度的测量结果，满足医疗行业的严格要求。

除了上述领域，光学检测技术在航空航天、军工、新能源等众多行业中都有着不可或缺的地位。

光学设计与光学工艺光学设计与光学工艺光学是物理学中一个非常重要的分支，光学技术广泛应用于工业、医疗、军事、航天等领域。

光学技术的应用与发展离不开光学设计和光学工艺。

一、光学设计光学设计是指通过对光学器件结构、材料等参数的调整和优化，以达到指定的光学性能要求的技术。

光学设计的目的是在光学器件中实现特定的光学功能。

光学设计中的基本概念：1. 光线光线是指在介质中传播的光的路径。

光线可以用来描述光的传播方向、位置和强度等参数。

光线的传播符合几何光学的规律。

2. 物理光学物理光学是研究光的波动性质和光与物质相互作用的学科。

物理光学的研究内容包括波动光学、色散、透镜、衍射、干涉等。

3. 几何光学几何光学是研究光的传播路径和能量转移的学科。

几何光学的研究内容包括光线、透镜、成像和光学仪器等。

光学设计中的基本步骤：1. 分析需求在光学设计之前，需要了解实际需求。

需求可分为几何和波动两个方面。

根据需求，选择合适的光学系统和光学元件。

2. 设计参数光学设计参数包括：光学组件类型、透镜结构、材料、曲率等。

光学设计参数是光学设计的基础。

3. 模拟和布局根据光学设计参数模拟光的行为并进行光路布局。

光路布局确定光的传播路径和构建光学器件，同时也用于分析和优化光学系统的性能。

4. 优化设计设计优化是指在满足系统要求的前提下，调整光学系统设计参数以实现更好的光学性能。

设计优化方法包括改变透镜曲率、调整透镜间距、改变透镜厚度等。

5. 检验和调整光学设计完成后，需要对系统进行检验和调整以验证光学性能。

检验和调整包括透镜表面质量检查、系统调整和性能测试等。

二、光学工艺光学工艺是指通过各种手段制造光学元件、搭建光学系统的生产和加工方法。

光学工艺中常用方法包括：光学加工、光学涂层和光学测试等。

1. 光学加工光学加工是指使用各种工具对光学元件进行加工和表面处理。

光学加工方法包括：研磨、抛光、切割和打磨等。

2. 光学涂层光学涂层是指在光学元件表面上制成一层镀膜，以改变光线通过元件的透射、反射和吸收等特性。