莫尔条纹测试技术课件.ppt

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1、莫尔条纹测试技术1目录莫尔条纹技术简介莫尔条纹技术基础莫尔形貌（等高线）测试技术莫尔测试技术应用2令人惊奇的条纹动画7/29/20213莫尔条纹技术简介引言：莫尔（Moire）一词在法文中的原意是表示水波纹或波状花纹。当薄的两层丝绸重叠在一起并作相对运动时，则形成一种漂动的水波型花样，当时就将这种有趣的花样叫做莫尔条纹。7/29/20214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

2、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。光栅尺位移传感器7/29/20215莫尔条纹技术基础在莫尔测试技术中，通常利用两块光栅（称做光栅付）或光栅的两个像的重叠产生莫尔条纹，以获取各种被测量的信息。7/29/20216长光栅莫尔条纹播放动画长光栅光闸莫尔条纹播放动画播放中……圆弧莫尔条纹单击准备演示播放动画光闸莫尔条纹播放动画播放中……环形莫尔条纹播放动画播放中……单击准备演示单击准备演示辐射形莫尔条纹播放动画莫尔条纹技术基础在莫尔测试技术中，通常利用两块光栅（称做光栅付）或光栅的两个像的重叠产生莫尔条纹，以获取

3、各种被测量的信息。莫尔条纹的形成，实质是光通过光栅时光的衍射和干涉的结果。在不同场合，可以有多种解释方式。①几何光学原理如果所用的光源为非相干光源，光栅为节距较大的黑白光栅，光栅付栅线面之间间隙较小时，通常可以按照光是直线传播的几何光学原理，利用光栅栅线之间的遮光效应来解释莫尔条纹的形成，并推导出光栅付结构参数与莫尔条纹几何图形的关系。7/29/202113莫尔条纹技术基础①几何光学原理N=0N=1N=-1N=0N=1a)节距不同b)栅线方向不同两粗线光栅重叠形成莫尔条纹的原理0N′=43217/29/202114莫尔条纹技术基础①几何光学原理X莫尔条纹的几何关系P1P2WYa)YθA

4、BDCEb)实际应用中，两栅的节距往往相同，即P1=P2=P。光学放大作用。例如，θ=0.004弧度时（即14′），W=250P，节距放大倍率达250倍。7/29/202115莫尔条纹光学放大作用举例有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与指示光栅的夹角=1.8，则：分辨力=栅距W=1mm/50=0.02mm=20m（由于栅距很小，因此无法观察光强的变化）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“观察”莫尔条纹光强的变化。莫尔条纹技术基础②衍射原理单纯

5、利用几何光学原理，不可能说明许多在莫尔测量技术中出现的现象。例如:在使用相位光栅时，这种光栅处处透光，它对入射光波的作用仅仅是对其相位进行调制，然而，利用相位光栅亦能产生莫尔条纹，这就不可能用栅线的遮光作用予以说明。当使用细节距光栅时，在普通照明条件下就很容易观察到彩色衍射条纹。两块细节距光栅叠合形成的莫尔条纹中，往往会出现暗弱的次级条纹，这些现象必须应用衍射原理才能解释。在莫尔测量技术中用到的光栅自成像现象也是无法用几何光学原理解释的。7/29/202117莫尔条纹技术基础②衍射原理1）光栅副的衍射G1G210-1(-1,0)(0,-1)(0,0)(1,-1)(0,1)(1,0)(1

6、,1)(1,2)双光栅的衍射级如图示2）衍射光的干涉光栅付衍射光有多个方向，每个方向又有多个光束，它们之间相互干涉形成的条纹很复杂，行成不了清晰的莫尔条纹，可以在光栅付后面加透镜L，在透镜的焦点处用一光阑只让一个方向的衍射光通过，滤掉其它方向的光束，以提高莫尔条纹的质量。如图示G1f′(-1,0)(-1,1)(0,0)(0,1)(1,0)衍射光的干涉G27/29/202118莫尔条纹技术基础②衍射原理2）衍射光的干涉由一级组(0，1)和(1，0)两光束相干所形成的光强分布按余弦规律变化，其条纹方向和宽度与用几何光学原理分析的结果相同。但是在考虑同一组中各衍射光束干涉相加的一般情况下，莫

7、尔条纹的光强分布不再是简单的余弦函数。通常，在其基本周期的最大值和最小值之间出现次最大值和次最小值。即在其主条纹之间出现次条纹、伴线。7/29/202119莫尔形貌（等高线）测试技术莫尔形貌（等高线）测试是莫尔技术最重要的应用领域之一。表面轮廓的莫尔测定法是通过一块基准光栅来检测轮廓面上的影栅或像栅，并依据莫尔图案分布规律推算出轮廓形状的全场测量方法。7/29/202120莫尔形貌（等高线）测试技术分类：实体光栅照射法（简称照射型）是将试件光栅