基本光学测量技术.

机械工程中的光学测量与检测技术研究导言随着科技的进步和工业的发展，机械工程领域对环境和材料的测量和检测要求越来越高。

在这个领域中，光学测量与检测技术得到了广泛的应用和研究。

光学测量与检测技术以其高精度、非接触、无损伤的特点，成为许多机械工程领域中不可或缺的工具。

本文旨在探讨光学测量与检测技术在机械工程中的应用、研究和前景。

一、光学测量与检测技术的原理与分类1.1 原理光学测量与检测技术是使用光学方法来实现对目标的测量与检测。

其原理包括了光的传播、反射、折射、散射等基本光学现象。

通过对光在目标表面或介质中的变化进行检测和分析，可以得到目标的形状、尺寸、表面特征等信息。

1.2 分类光学测量与检测技术可以根据测量原理的不同进行分类。

常见的分类包括：1.2.1 非接触式测量技术：利用光线的传播特性，通过光的反射、散射等方式进行测量。

这种技术不需要与目标直接接触，避免了对目标的损伤，如光干涉测量、激光测距等。

1.2.2 接触式测量技术：通过与目标直接接触，利用光学方法测量目标的形状、表面粗糙度等特征。

这种技术对目标要求较高，但能够获得高精度的测量结果，如触摸式测量、光纤传感等。

1.2.3 激光测量技术：利用激光的特性进行测量和检测，具有较高的分辨率和测量精度。

激光干涉测量、激光散斑测量、激光共聚焦测量等属于这一类技术。

1.2.4 彩色测量技术：针对颜色的测量和分析，用于目标色彩的检测和识别。

如颜色传感器、颜色相机等。

二、机械工程中的光学测量与检测技术应用2.1 制造业中的应用2.1.1 光学测量与检测技术在零部件加工中的应用在制造业中，对零部件尺寸、形状的测量与检测要求较高。

光学测量与检测技术能够实现对零部件的快速、准确的检测。

例如，利用光学方法对工件的表面偏差进行检测，能够帮助制造商提高产品质量，并降低不合格品的产生率。

2.1.2 光学测量与检测技术在装配过程中的应用装配过程中，光学测量与检测技术可用于检测零部件的位置、对位精度等。

光学测量及其应用知识点
光学测量是一种利用光学原理进行测量的方法，广泛应用于工
程领域中。

以下是光学测量及其应用的一些基本知识点：
1.光学测量基础
光学测量基于光的传播和反射原理，通过测量光的特性来获取
目标物体的相关信息。

常见的光学测量方法包括光线法、自动对焦、相位差法等。

2.直接测量和间接测量
光学测量可以分为直接测量和间接测量。

直接测量是通过直接
测量光的特性，如光线的强度、颜色等来获得目标物体的相关参数。

间接测量是通过测量光线的反射、折射以及干涉等现象来推导目标
物体的参数。

3.光学测量的应用
光学测量在工程领域有着广泛的应用。

以下是一些光学测量的应用领域：
3.1.制造业中的应用
光学测量在制造业中有着重要的应用，用于测量产品的尺寸、形状等参数。

例如，在汽车制造过程中，光学测量可以用于检测车身的平坦度、形状偏差等。

3.2.非接触性测量
光学测量具有非接触性的特点，可以应用于对被测对象表面的非破坏性测量。

这在一些精密仪器的制造和质量控制过程中非常重要。

3.3.精度测量
光学测量可以实现高精度的测量，对于一些需要高精度的工程项目非常重要。

例如，在航天器制造中，光学测量可以用于测量器件的尺寸和形状，确保其符合设计要求。

总结
光学测量是一种基于光学原理的测量方法，具有广泛的应用领域。

光学测量在制造业中起着重要的作用，可以应用于非接触性测量和高精度测量等领域。

对于工程领域的研究和应用而言，光学测量是一项重要的技术和工具。

常用的光学测量技术引言光学测量技术是一种利用光的特性进行测量和检测的方法。

它广泛应用于各个领域，如工业制造、生物医学、环境监测等。

本文将介绍一些常用的光学测量技术，包括激光干涉仪、激光雷达、拉曼光谱等，并对其原理和应用进行详细阐述。

1. 激光干涉仪1.1 原理激光干涉仪是一种基于干涉原理的测量技术。

它利用激光束在空间中的干涉现象来实现对物体形状、表面粗糙度等参数的测量。

激光干涉仪通常由激光器、分束器、反射镜和探测器等组成。

当激光束经过分束器后，被分成两束相干的激光束，分别照射到待测物体上并经过反射后再次汇聚在一起。

根据两束激光束之间的相位差，可以推断出待测物体的形状或表面粗糙度。

1.2 应用激光干涉仪广泛应用于工业制造领域，如机械加工、零件测量等。

它可以实现高精度的形状测量，对于需要进行精细加工的零件，可以提供重要的参考数据。

此外，激光干涉仪还可用于非接触式测量，避免了传统测量方法中可能出现的损伤和污染问题。

2. 激光雷达2.1 原理激光雷达是一种利用激光束进行距离测量和三维重建的技术。

它通过发射脉冲激光束并测量其返回时间来计算物体与传感器之间的距离。

同时，根据激光束的方向和角度信息，可以获取物体在三维空间中的位置。

激光雷达通常由激光发射器、接收器、扫描机构和数据处理单元等组成。

通过不断地改变扫描角度和方向，可以获取目标物体在空间中的完整信息。

2.2 应用激光雷达广泛应用于地理测绘、自动驾驶、机器人导航等领域。

它能够实现高精度的距离测量和三维重建，对于需要获取目标物体准确位置信息的应用场景非常有价值。

例如，在自动驾驶中，激光雷达可以提供周围环境的空间结构和障碍物信息，帮助车辆进行精确的导航和避障。

3. 拉曼光谱3.1 原理拉曼光谱是一种分析物质成分和结构的技术。

它利用激光与样品相互作用后产生的拉曼散射光来获取样品的分子振动信息。

拉曼散射光与入射激光之间存在一定的频率差，称为拉曼频移，该频移与样品分子的振动特性密切相关。

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。

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。

物理实验技术中常用的光学测量方法与原理光学测量是物理实验技术中常用的一种测量方法，它利用光的传播和相互作用特性，通过光学仪器对待测物体进行测量。

光学测量方法广泛应用于材料科学、物理学等领域，并在工业生产中发挥着重要作用。

本文将介绍一些常用的光学测量方法与原理。

1. 散射光测量法：散射光测量法是通过测量物体发射或散射出的光的强度、频率等特性来获得物体的信息。

例如，在材料科学中，可以利用散射光测量物体的粒径、形状等物理特性。

散射光测量法的原理是利用物体表面或内部的不均匀性，使光发生散射或透射，然后通过光学仪器进行测量。

常用的散射光测量方法有动态光散射、静态光散射等。

2. 干涉测量法：干涉测量法是利用光的干涉现象来测量物体的形状、表面质量等。

干涉测量法的原理是将测量光和参考光进行相干叠加，通过干涉现象来获得物体的信息。

例如，在工业制造中，可以利用干涉测量法来检测零件的平整度、平行度等指标。

干涉测量法常用的技术有白光干涉、激光干涉等。

3. 折射测量法：折射测量法是通过测量光在物体内部的折射角、入射角等来获得物体的折射率、光学性质等。

折射测量法的原理是利用折射定律和光的传播特性进行测量。

在材料科学中，折射测量法常用于测量材料的折射率、透明度等参数。

具体的测量方法有自由空间测量法、腔内测量法等。

4. 光敏测量法：光敏测量法是利用材料对光的敏感性来进行测量。

光敏测量法的原理是通过测量材料对光的吸收、发射等特性，获得材料的光学性质。

例如，在光学器件制造中，可以利用光敏测量法来测量材料的吸收系数、光学响应时间等。

光敏测量法常用的技术有吸收光谱法、发射光谱法等。

总之，光学测量方法应用于物理实验技术中，可以从不同角度、不同测量原理来获取物体的信息。

散射光测量法、干涉测量法、折射测量法和光敏测量法都是常用的光学测量方法，它们在材料科学、物理学等领域起着重要作用。

通过不断研究和发展光学测量技术，我们可以更好地理解物质的性质和行为，为科学研究和工业生产提供有力支持。

光学测量的基本知识一.典型的光学测试装置-----光具座光具座的类型一般以其上的平行光管EFL的长短来区分,例如: GXY---08A型之EFL=1200mm.我们的光具座:MSFC---Ⅳ型有3个准直镜头,EFL1=550mm,F/NO=10EFL2=200.61mm,F/NO=4EFL3=51.84mm,F/NO=4 其组成如下:1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜.5.导轨底座.6.光源.7. 光源变压器.8.光源调压器.9.附件.1.平行光管又称准直仪,它的作用是提供无限远的目标或给出平行光.其组成如下:物镜EFL=550mm 分划板分划板的形式有多种,例如(1)十字或十字刻度分划板,(2)分辨率板,(3)星点板,(4)玻罗板(PORRO).2.透镜夹持器用来夹持被测镜片或镜头,並保持光轴的一致性.-1-3.V型座用来放置EFL=200.61mm和EFL=51.84mm准直物镜, 並保持光轴一致性.4.测量显微镜是一个带有目镜测微器的显微镜. 用来进行各种测量. 目镜测微器有多种.最常用的是螺杆目镜测微器,其螺距为0.02mm,则每格值为0.002mm.5.导轨底座导轨很精密,用它把1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜等联在一起,称为光具座.6.附件:各种倍数和不同数值孔径的显微镜物镜,各种分划板.光具座主要测量(1)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的焦距(EFL).(2)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的截距(BFL)(3)检测照相物镜,望远物镜的分辨率.(4)检测照相物镜,望远物镜的星点.(5) 照相物镜,望远物镜的F/NO.(6)加上其它光学器件和机械装置,可以组成多种光学测量装置.-2-一.焦距(EFL)的测量光学系统和透镜的重要参数---焦距(EFL),迄今已有多种行之有效的测量方法.1.放大率法.2.自准直法.3.附加透镜法.4.精密测角法.5. 附加接筒法.6.固定共軛距离法.7. 附加已知焦距透镜法.8.反转法.9.光栅法.10.激光散斑法.11.莫尔条纹同向法.(一)放大率法测量原理是目前最常用的方法,主要用于测量望远物镜,照相物镜,目镜的焦距(EFL)和后截距(BFL).也可以用于生产中检验正,负透镜的焦距(EFL)和后截距(BFL).被测透镜或物镜位于平行光管前, 平行光管物镜焦面上分划板的一对刻线就成像在被测物镜的焦面上.这对刻线的间距y和它的像的间距y¹与平行光管物镜焦距f c和被测物镜的焦距f¹有如下关系:y¹/y = f¹/f¹c 或 f¹ = f¹c(y¹/y)必须指出,由于负透镜成虚像,用测量显微镜观测这个像时, 显微镜的工作距离必须大于负透镜的焦距.-3-(二)一种简易测量焦距的方法在没有光具座的情况下,可用下面简易方法,但精度差.方法:用两次测量不同物距上被测物镜的横向放大率求焦距.根据高斯公式: F*=βX=-X*/β可得F*=E/γ2-γ1γ1=1/β1=Y1/Y1 , γ2=1/β2=Y2/Y2*A. 这种方法存在理论误差,必须要加以修正. 修正系数为:√1+(H/F*)2,所以:F*实际=F*×√1+(H/F*)2B. 镜头的球差对测量有很大影响,所以测出的焦距值是近似值.C. 测量人员的技术和对E,Y1,Y2,Y1*,Y2*测量的准确性非常重要,否则测出的焦距值将远远偏离真正值,而不能相信和使用.D. 焦距的准确测量,必须在光具座上用其它方法进行.E. 为了用这种方法测量, 必须有以下设备:简易导轨,夹持器,白色屏幕,有毫米刻度的物,精度为0.01mm的长度量测仪器.F. 要多次重复量测,取平均值.二.星点检验(一)原理星点检验法是对光学系统进行像质检验的常用方法之一,在光学系统设计,制造及使用中,人们关心的是其像质,並希望将像质与各种影响因素联系起来,借以诊断问题,提出改进措施, 星点检验在一定程度上可胜任上述工作.光学系统对非相干照明物体或自发光物体成像时,可将物光强分布看成是无数多个具有不同强度的独立发光点的集合,每一个发光点经光学系统后,由于衍射和像差以及工艺庇病的影响,在像面处得到的星点像光强分布是一个弥散斑,即点扩散函数(PSF).像面光强分布是所有星点像光强的叠加结果.因此, 星点像光强分布规律决定了光学系统成像的清晰程度,也在一定程度上反映了光学系统成像质量.上述点基元观点是进行星点检验的依据.-4-按点基元观点,通过考察一个点光源(星点)经过光学系统所成像,以及像面前后不同截面衍射图形的光强变化及分布,定性地评价光学系统成像质量,即是星点检验法.上面图形是艾里斑光强分布.(二)星点检验装置1.平行光管,2.光源,3.星孔(星点板),4.观察显微镜.对平行光管的要求:物镜像质要好,通光孔径要大于被检镜头.并用聚光镜照明星孔.星孔直径应小于:D max=0.61λf¹/D其中D---被检镜头入瞳直径f¹---平行光管物镜焦距-5-对观察显微镜的要求: 数值孔径NA等于或大于被检镜头的像方孔径角. 显微镜总放大率应为:Γ=(250~500)D/f¹.D/f¹---被检镜头的相对孔径.星点检验能判定: (1)光学系统的共轴性(2)球差(3)位置色差(4)慧差(5)像散(6)其它工艺疪病-6--7-四．分辨率检测分辨率检测可给出像质的数字指标，容易测量与比较。

光学基本测量【教学目的】①加深对薄透镜成像规律的理解。

②掌握光学系统的共轴调节和简单光路的分析及调整方法。

③掌握薄透镜焦距的常用测定方法。

【教学重点】光学系统的同轴等高的调节。

【教学难点】掌握测凸透镜焦距的方法及实验数据的处理。

【教学方法】以学生实验操作为主，适当讲授、讨论、演示相结合。

【实验仪器】光具座及附件、白炽光源、平面反射镜、待测凸透镜。

【学时】3学时【课程讲授】提问1.簿透镜满足什么条件?提示：簿透镜是指透镜中心厚度远小于其焦距的透镜。

2.簿透镜成像公式成立的条件?回答：近轴光线──通过透镜中心部分并与主光轴夹角很小的那一部份光线。

3.自准法测凸透镜焦距的原理?回答：物体处在焦平面上时，物上任一点发出的光线通过凸透镜后变成各组平行光线；这些平行光线经与透镜垂直的平面镜反射（没原路）回来再经凸透镜后汇聚在原物平面（凸透镜的焦平面）上。

一、实验原理在满足薄透镜和近轴光线的条件下，物距u、像距v和焦距f之间的关系为111+=（1）u v f这就是薄透镜成像的公式，又称高斯公式。

并规定式（1）中，物距，实物为正，虚物为负；像距v，实像为正，虚像为负；对凸透镜f为正值，对凹透镜f为负值。

凸透镜的成像规律：像的大小和位置是依照物体离透镜的距离而决定的。

①当时，极远处的物体经过透镜，在后焦点附近成缩小的倒立实像。

②当时，物体越靠近前焦点，像逐渐远离后焦点且逐渐变大。

③当时，物体位于前焦点，像存在于无穷远处。

④当时，物体位于前焦点以内，像为正立放大的虚像，与物体位于同侧，由于虚像点是光线反方向延长的交点，因此不能用像屏接收，只能通过透镜观察。

（1）自准直法测凸透镜焦距：如图1所示，当物体A处在凸透镜的焦距平面时，其上各点发出的光束，经透镜后成为不同方向的平行光束。

若用一与主光轴垂直的平面镜M将平行光反射回去，则反射光再经透镜后仍会聚焦于透镜的焦平面上，此关系就称为自准直原理。

所成像是一个与原物等大的倒立实像A'。

光学测量原理光学测量是一种利用光学原理进行测量的技术，它广泛应用于工程、科学和医学领域。

光学测量原理是基于光的传播和反射规律，通过测量光的传播路径和特性来实现对待测物体的测量。

本文将介绍光学测量的基本原理和常见的测量方法。

首先，光学测量的基本原理是利用光的传播规律进行测量。

光是一种电磁波，它在空间中传播时会遵循直线传播的规律，同时会发生折射、反射和散射等现象。

利用这些光的特性，可以实现对物体表面形貌、尺寸、位移、形变等参数的测量。

在光学测量中，常用的测量方法包括光学投影测量、干涉测量、衍射测量和激光测量等。

光学投影测量是利用光源对物体进行照射，通过成像设备观察物体的投影图像来实现测量。

干涉测量是利用光的干涉现象进行测量，通过干涉条纹的变化来获取物体表面的形貌信息。

衍射测量是利用光的衍射现象进行测量，通过衍射图样的变化来获取物体的尺寸和形状信息。

激光测量是利用激光束对物体进行照射，通过测量激光束的反射、折射或散射来获取物体的位置、形状和表面质量等信息。

除了以上常见的测量方法，光学测量还可以结合数字图像处理、计算机视觉和人工智能等技术，实现对复杂形貌和微小尺寸的物体进行精密测量。

例如，利用数字图像处理技术可以对光学投影图像进行数字化处理，实现对物体表面形貌和尺寸的精确测量。

利用计算机视觉和人工智能技术可以对大量的光学测量数据进行自动分析和处理，实现对物体形状、位移和变形等参数的快速获取和分析。

总之，光学测量是一种基于光学原理的测量技术，它具有非接触、高精度、快速测量等优点，广泛应用于工程、科学和医学领域。

通过对光学测量的基本原理和常见测量方法的介绍，可以帮助人们更好地理解光学测量技术的工作原理和应用范围，促进光学测量技术的进一步发展和应用。

光学测量方法与实际操作技巧光学测量方法是一种常用的测量技术，通过利用光的特性和光学仪器，可以精确地获得物体的尺寸、形状或表面特征等信息。

在工业制造、医学、生物学等领域都有广泛的应用。

本文将探讨光学测量的基本原理和实际操作技巧。

一、光学测量原理1. 光的传播和反射光的传播是指光线从光源发射出来，经过介质传播并遇到物体时发生折射、反射或散射的过程。

光的传播路径对于测量结果有重要影响，因此在进行光学测量时应注意光线的传播路径是否受到障碍物或干扰。

2. 光的干涉干涉是光学中常见的现象，其基本原理是两束或多束光线相遇时，根据光的波动性质会产生相长或相消的结果。

干涉现象可以用于测量物体的厚度、薄膜的质量等。

干涉测量需要注意干涉条纹的清晰程度，避免噪声或干扰影响测量结果。

3. 光的衍射衍射是光线通过物体边缘或孔隙时发生的现象，其基本原理是光线传播过程中受到物体缝隙的限制，使光波产生弯曲或散射。

衍射现象可以用于测量物体的小孔尺寸、细线间距等。

在进行光学测量时需要注意衍射对测量精度的影响，合理选择适当的测量方法。

二、实际操作技巧1. 光学测量仪器的选择在进行光学测量之前，首先要选择适当的测量仪器。

常用的光学测量仪器包括显微镜、投影仪、激光测距仪等。

根据测量对象的尺寸范围、形状特征和精度要求，选择合适的测量仪器可以提高测量效果和准确性。

2. 测量环境的控制光学测量的结果受到环境因素的影响较大，例如光线的强弱、光源的稳定性、环境温度等。

因此，在进行光学测量时需要注意控制测量环境，避免光线干扰或温度影响。

优化测量环境可以提高测量结果的稳定性和准确性。

3. 校准和校验光学测量仪器在长期使用过程中可能会出现误差或漂移，因此定期进行仪器校准和校验是必要的。

校准可通过标准物体或测量标准来进行，校验则是通过对已知物体进行测量，检查测量结果与实际值之间是否有偏差。

定期的校准和校验可以确保测量仪器的准确性和可靠性。

4. 数据处理和分析光学测量得到的原始数据需要进行处理和分析，以获得最终的测量结果。