光学测量

第三篇检测练习

检测是综合运用相关知识和技能，对产品的合格性作出判断的全过程。其一般步骤为：①熟悉产品的相关质量标准与技术规范；②阅读产品图纸，明确检测项目；③确定检测方案及检测仪器；④对产品进行检测，取得检测数据；⑤进行数据处理，填写检测报告或有关单据并作出合格性判断；⑥对不合格品进行处理（返修或报废），对合格品作出安排（转下道工序或入库）。

3.1 轴径和孔径的测量

就结构持征而言，轴径测量属外尺寸测量，而孔径测量属内尺寸测量。在机械零件几何尺寸的检测中，轴径和孔径的测量占有很大的比例，其测量方法和器具较多。根据生产批量多少、被测尺寸的大小、精度高低等因素，可选择不同的测量器具和方法．生产批量较大的产品，一般用光滑极限量规对外圆和内孔进行检测。光滑极限量规是一种无刻度的专用测量工具，用它检测零件时，只能确定零件是否在允许的极限尺寸范围内，不能测量出零件的实际尺寸。

一般精度的孔、轴，生产数量较少时，可用杠杆千分尺、外径千分尺、内径千分尺、游标卡尺等进行绝对测量，也可用千分表、百分表、内径百分表等进行相对测量．对于较高精度的孔、轴，应采用机械式比较仪，光学比较仪，万能测长仪，电动测微仪，气动量仪，接触式干涉仪等精密仪器进行测量。

练习目标：

1、加深对测量技术中常用术语及测量误差的认识和理解。

2、正确、规范地使用游标卡尺和外径千分尺进行孔、轴尺寸的测量。

3、了解产品检测的基本过程。

4、初步掌握用内径百分表、内径千分尺测量孔径。

5、初步掌握用立式光学比较仪测量轴径。

实验前应掌握的知识：

1、光滑圆柱体结合的公差与配合知识。

2、测量技术的有关基本概念和常用名词、术语。

3、误差理论及数据处理方法。

4、游标卡尺、外径千分尺的工作原理及结构。

5、立式光学比较仪的工作原理及结构。

6、测量器具的选择原则与方法。

练习项目：

1、测量的认识。

2、用内径百分表和内径千分尺测量孔径。

3、用立式光学比较仪测量轴径。

实验一测量的认识

一、实验预习测问（未完成本部分内容者不得参加实验）

1、填空：

⑴产品几何精度主要包括、及其复合量的大小与精确程度。

⑵允许零件几何参数的变动量称为。

⑶零部件在装配时不需要挑选和辅助加工的称为互换。

⑷由设计给定的尺寸称为尺寸。

⑸通过测量所得的尺寸称为尺寸。

2、选择：

⑴测量时的标准温度为℃

A 、10 ； B、15 ； C、 20 ； D、 25。

⑵量块不能用来。

A、进行量值传递；

B、用作等高块来垫被测件；

C、直接用于精密测量。

⑶若一游标卡尺的分度值为0.02mm，则其游标刻线间距为，主尺刻线间距为。

A、0.02mm；

B、0.1mm；

C、0.98mm；

D、1.0mm；

E、1.02mm；

F、2.0mm。

⑷φ40h8所标注尺寸的上偏差为毫米，下偏差为毫米。

A、0 ；

B、+0.033mm；

C、-0.033mm；

D、+0.039mm；

E、-0.039mm。

⑸φ25H9所标注尺寸的上偏差为毫米，下偏差为毫米。

A、0 ；

B、+0.033mm；

C、-0.033mm；

D、+0.052mm；

E、-0.052mm。

3、判断：

⑴因一个封闭的圆周为360°，所以不需要建立自然基准。（）

⑵游标卡尺和千分尺一样都符合阿贝原则。（）

⑶仪器的示值误差即为测量误差。（）

⑷为保证测量精度，不论测量什么样的零件，测量器具的精度应越高越好。（）

⑸外径千分尺使用前必须校对其零位。（）

二、游标卡尺和外径千分尺的结构、原理及使用

1、游标卡尺：

⑴结构：主尺、游框、游标、外量爪、内量爪、测深尺、锁紧装置、微调装置等。

⑵读数原理：利用主尺刻线间距与游标刻线部距之差，提高人眼对主尺毫米刻线的细分能力。

⑶使用注意事项：

①使用前应将测量面擦干净，检查两测量爪间不能存在显著的间隙，并校对零位。

②移动游框时力量要适度，测量力不易过大。

③注意防止温度对测量精度的影响，特别是测量器具与被测件不等温产生的测量误差。

④读数时其视线要与标尺刻线方向一致，以免造成视差。

⑤尽量减少阿贝误差对测量的影响。

⑥测量时量爪的位置要正确，避免图3-1所示的错误。

图3-1 游标卡尺量爪错误的测量位置

⑷测量练习：用游标卡尺测量一轴套类零件，并在图3-2中标出相应的实际尺寸及游标

卡尺的主要度量指标。

游标卡尺：

测量范围 mm

分度值 mm

外径千分尺：

测量范围 mm

分度值 mm

图3-2 被测零件图

2、外径千分尺：

⑴结构：尺架、测量面、微分筒、固定套筒、测力装置、锁紧装置、隔热垫等。

⑵工作原理：通过螺旋付传动，将被测尺寸的直线位移（即丝杆的轴向位移），转换成

微分筒的角位移。

⑶使用注意事项：

①使用前必须校对零位。

②手应握在隔热垫处，测量器具与被测件必须等温，以减少温度对测量精度的影响。

③当测量面与被件表面将接触时，必须使用测量力装置。

④测量读数时要特别注意半毫米刻度的读取。

⑷测量练习：选用适当测量范围的外径千分尺对以上轴套零件的外尺寸进行测量，将实

测值标注在相应尺寸线上（外径千分尺测量的尺寸打上括弧），并注明所用外径千分尺的主

要度量指标。

3、量具的维护与保养：

⑴应与腐蚀性物质隔离，防止表面锈蚀。

⑵不得作工具使用。

⑶不能将游标卡尺和外径千分尺的锁紧装置锁紧后作卡规使用。

⑷不要测量运动着的工件。

⑸使用完毕要擦净测量面并涂上专用防锈油后置于盒内保管。

⑹使用有效期满后，要及时送计量部门检修。

三、测量误差的认识

1、用游标卡尺测量轴套外径的同一部位5次（等精度测量），将测量值记入下表中，并完成后面的计算：

⑴平均值：将5次测量值相加后除以5，作为该测量点的实际值。

⑵变化量：测量值中的最大值与最小值之差。

⑶测量结果：按规范的测量结果表达式写出测量结果。

2、用外径千分尺测量轴套外径的同一部位5次（等精度测量），将测量值记入上表中，并完成后面的计算：

⑴平均值：将5次测量值相加后除以5，作为该测量点的实际值。

⑵变化量：测量值中的最大值与最小值之差。

⑶测量结果：按规范的测量结果表达式写出测量结果。

3、分析比较：

用两种不同的测量器具对同一尺寸的测量后，分析比较测量结果。

四、实验小结

1、填空：

⑴外径千分尺可估计读数到毫米。

⑵温度对测量将产生很大影响。假设用外径千分尺测量一铁制的1米长的工件，若工件温度从0℃升至30℃，外径千分尺温度保持0℃不变，已知铁的线膨胀系数为0.011mm/m℃，则由此而产生的测量误差为毫米。

⑶若外径千分尺校对零位时其读数为+0.005mm，测量轴径时的读数为21.003mm，则轴径的实际尺寸为。

2、选择：

⑴由实验的测量结果可见游标卡尺的测量精度外径千分尺的测量精度。

A、高于；

B、等于；

C、低于。

⑵测量外尺寸时，为减少阿贝误差被测件在游标卡尺测量面的位置在最佳。

A、刀口部分；

B、靠近主尺部分；

C、任意位置。

⑶外径千分尺零位不准时可采取以下措施：。

A、测量读数时修正零位偏差值；

B、自己将差值调整过来；

C、送计量部门修理。

3、判断：

⑴当以上被测轴套的全部轴径的基本偏差为h，精度等级为IT8时，其实际尺寸全部符合要求。（）

⑵你所使用的游标卡尺的零位是正确的。（）

⑶外径千分尺的示值范围即测量范围。（）

实验二用内径百分表和内径千分尺测量孔径

一、实验预习测问（实验前请完成下列练习）

1、填空

⑴测量器具的分度值越小，其测量精度越。

⑵使用内径百分表时，百分表装入量杆内需预压毫米左右，以保证测量的稳定性。

⑶所选的内径千分尺接长杆，应从到依次连接在测微头上。

2、选择

⑴内径百分表校对零位时不能使用的方法是：。

A、量块及其附件；

B、外径千分尺；

C、游标卡尺；

D、标准环规。

⑵从内径百分表上读出的读数值是。

A、极限偏差；

B、实际偏差；

C、公差；

D、上偏差；

E、下偏差。

⑶内径千分尺测量孔径需在孔内操作，故一般适于测量的孔径。

A、较小；

B、较大；

C、任何。

3、判断

⑴内径千分尺使用前必须用精度与其相适应的其它量具校对零位。（）

⑵验收极限尺寸为图纸给定的最大极限尺寸和最小极限尺寸。（）

⑶为防止人体温度对测量的影响，使用内径百分表时，手应握在隔热垫上。（）

二、测量器具名称

l、内径百分表

2、内径千分尺

3、量块及其附件

4、外径千分尺

三、测量器具结构及工作原理介绍

l、内径百分表：

内径百分表是用相对法测量孔径的通用量具，适用于测量一般精度的深孔零件，其原理如图3-3所示。

内径百分表主要由百分表

1、接长杆

2、活动测头

3、等臂杠

杆4、可换测量头5、定心及锁紧

装置等组成。工件的尺寸变化通过

活动测头3，传递给等臂转向杠杆

4及接长杆2，然

后由分度值为0．01毫米的百分表

指示出来。为使内径百分表的测量

轴线通过被测孔的圆心，内径百分

表一般均设有定心装置，以保证测

量的快捷与准确。图3-3 内径百分表工作原理内在百分表的分度值为0.01mm，测量范围有6～10mm、10～18mm、18～35mm、35～50mm、50～160mm、100～250mm、250～450mm等多种规格。根据不同的被测孔直径可选择相应测量范围的内径百分表及适当的可换测量头，通过比其精度高的量具调整零位后进行测量。

2、内径千分尺：

内径于分尺是用绝对法测量孔径的计量器具。它主要由测微头，接长杆、零位校对规等组成。测微头的工作原理、读数方法与外径千分尺基本相同，但因无测力装置，测量误差相应增大。测量时先根据被测件的基本尺寸按照其所附的接长杆连接顺序表进行连接组合，再将其放入被孔内找到测量点，通过测微头读取其偏差值。由于测量时是双手拿着仪器在孔内操作，故一般只适合于测量较大孔径。

三、测量步骤

1、用内径百分表测量孔径：

⑴预调整：

①将百分表装入量杆内，预压缩1毫米左右（百分表的小指针指在1的附近）后锁紧。

②根据被测零件基本尺寸选择适当的可换测头装入量杆的头部，用专用扳手扳紧锁紧螺母。此时应特别注意可换测量头与活动测量头之间的长度须大于被测尺寸0.8～1毫米左右，以便测量时活动测量头能在基本尺寸的正、负一定范围内自由运动。

⑵对零位：

因内径百分表是相对法测量的器具，故在使用前必须用其它量具根据被测件的基本尺寸校对内径百分表的零位。校对零位的常用方法有以下三种：

①用量块和量块附件校对零位

按被测零件的基本尺寸组合量块，并装夹在量块的附件中，将内径百分表的两测头放在量块附件两量脚之间，摆动量杆使百分表读数最小，此时可转动百分表的滚花环，将刻度盘的零刻线转到与百分表的长指针对齐。

这样的零位校对方法能保证校对零位的准确度及内径百分表的测量精度，但其操作比较麻烦，且对量块的使用环境要求较高。

②用标准环规校对零位

按被测件的基本尺寸选择名义尺寸相同的标准环规，按标准环规的实际尺寸校对内径百

分表的零位。

此方法操作简便，并能保证校对零位的准确度。

因校对零位需制造专用的标准环规，固此方法只适

合检测生产批量较大的零件。

③用外径千分尺校对零位

按被测零件的基本尺寸选择适当测量范围的外

径千分尺，将外径千尺对在被测基本尺寸外，内径

百分表的两测头放在外径千分尺两量砧之间校对零

位。

因受外径干分尺精度的影响，用其校对零位的

准则度和稳定性均不高，从而降了内径百分表的测

量精确度。但此方法易于操作和实现，在生产现场

对精度要求不高的单件或小批量零件的检测，仍得

到较广泛时应用。图3-4 测量示意图

⑵测量

①手握内径百分表的隔热手柄，先将内径百分表的活动量头和

定心护桥轻轻压入被测孔径中，然后再将固定量头放人。当测头达

到指定的测量部位时，将表微微在轴向截面内摆动（如图3-5），读

出指示表最小读数，即为该测量点孔径的实际偏差。

测量时要特别注意该实际偏差的正、负符号：当表针按顺时针

方向未达到零点的读数是正值，当表针按顺时针方向超过零点的读

数是负值。

②按图3-5所示，在孔轴向的三个截面及每个截面相互垂直的

两个方向上，共测六个点，将数据记入测量报告单内，按孔的验收

极限判解其合格与否。图3-5 测量位置

2、用内径千分尺测量孔径：

⑴根据被测零件的基本尺寸，

按内径干分尺接长杆连接顺序表选

择相应的接长杆，并按顺序要求连

接可靠。

⑵因内径千分尺没有定心装

置，为保证能测到真正的实际孔径，

在径向要左右摆动找到最大值，在

轴向在前后摆动找到最小值，然后

从测微头上读出该测量点孔径的实

际偏差（如图3-6）。图3-6 内径千分尺测量位置

⑶在孔轴向的三个截面及每个截面相互垂直的两个方向上，并测六个点，将数据记入测量报单内，按孔的验收极限判断其合格与否。

四、零件合格性的评定

考虑到测量误差的存在，为保证不误收废品，应先根据被测孔径的公差大小，查表得到相应的安全裕度A，然后确定其验收极限，若全部实际尺寸都在验收极限范围内，则可判此孔径合格。即：

Es-A≥Ea≥Ei+A 式中：Es——零件的上偏差

Ei——零件的下偏差

Ea——局部实际尺寸

A——安全裕度

五、填写测量报告单

1、用内径百分表测量孔径

按要求将被测件的相关信息、测量结果及测量条件填入测量报告单（1）中。

测量报告单（1）

2、用内径千分尺测量孔径

按要求将被测件的相关信息、测量结果及测量条件填入测量报告单（2）中。

测量报告单（2）

六、实验小结

1、填空：

⑴用内径百分表测量孔径时所使用的测量器具的测量范围是。

⑵用内径千分尺测量孔径时所使用的测量器具的测量范围是。

⑶因外径千分尺与内径百分表的分度值都是0.01mm，为提高对零精度应选择级的外径千分尺。

2、选择：

⑴用内径百分表测量孔径时在径向要。

A、找最大值；

B、找最小值；

C、不需要找最大值或最小值。

⑵内径百分表与内径千分尺相比其。

A、测量精度相当；

B、工作原理相似；

C、使用范围相同。

⑶被测孔径的实验偏差全部小于上偏差且全部或部分小于下偏差时，在判断合格性时该零件孔径为。

A、合格品；

B、废品；

C、返修品。

3、判断：

⑴孔径测量时被测直径应在径向的最小值处，轴向的最大值处。（）

⑵内径百分表因其有定心护桥，所以在被测孔的径向不需要找最大值。（）

⑶测量报告单不得用铅笔填写。（）

实险三用立式光学比较仪测量轴径

一、实验预习测问（实验前请完成下列练习）

1、填空

⑴量块是按制造精度分为五级。

⑵型号为LG—1的立式光学比较仪的分度值为。

⑶型号为LG—1的立式光学比较仪的测量范围为。

2、选择

⑴量块按“等”使用比按“级”使用可得到的测量精度。

A、更高；

B、更低；

C、相同。

⑵当测量球形零件时，应选择测帽。

A、大平面；

B、小平面；

C、球面；

D、刀刃形。

⑶工作台的调整主要是为了保证。

A、仪器工作台的平面度；

B、仪器测杆与工作台面的垂直度；

C、工作台的稳定性。

3、判断

⑴立式光学比较仪的测量范围与示值范围相同。（）

⑵在调整工作台时应选择最大直径的平面测帽。（）

⑶量块在组合使用时，使用的量块数越少越好。（）

二、测量器具

l、立式光学比较仪

2、块规

三、测量器具简介

光学比较仪是一种精度较高、结构简单的常用光学仪器。常用来检定5等、6等量块、光滑极限量规及测量相应精度的零件。

本次实验所用立式光学比较仪的型为LG—1，其结构及主要技术指标见本指导书第二篇。

四、测量步骤：

1、选择测帽：测量时被测物体与测帽间的接触面必须最小，即近于点或线接触。因此在测量平面时，须使用球面测帽，测量柱面时宜采用刀刃形或平面测帽，对球形物体则应采

用平面测帽。

2、工作台的选择与校正：

工作台分平面工作台和槽面工作台，其选择原则与测帽的要求相同。

对于可调整工作台，为保证测杆与工作台面垂直，测量前必须进行校正。先选择一与被测工件尺寸相同的量块大致放在工作台的中央，光学计管换上最大直径的平面测帽，使测帽平面的1/4与量块接触。调整仪器至目镜中看到分划板刻度为止。然后旋动工作台调节螺丝，使其前后移动，并从目镜中观看分划板示值的变化，若在测帽平面的四个位置的读数变化小于1／5格分度值，则表示工作台的校正已完成。

3、调整反射镜，并缓慢地拨动测帽提升杠杆，从目镜中能看到标尺影象，若此影象不清楚可调整目镜视度环。

4、松开横臂紧固螺钉，调整手柄，使光管上升至最高位置后固紧螺钉。

5、按被测零件的基本尺寸组合所需量块尺寸。一般是从所需尺寸的未位数开始选择，将选好的量块用汽油棉花擦去表面防锈油，并用绒布擦净．用少许压力将两量块工作面相互研合。

6、将组合好的块规组放在工作台上，松开横臂紧固螺钉，转动调节螺母，使横臂连同光管缓慢下降至测头，与量块中心位置极为接近处（约0．lmm的间隙）将螺钉拧紧。

7、松开光管紧固螺钉，调整手柄，使光管缓馒下降至测头与块规中心位置接触，并从目镜中看到标尺象，使零刻线外于指标线附近为止。调节目镜视度环，使标尺像完全清晰（可配合微调反光镜）。锁紧螺钉，调整微调旋钮，使刻度

尺像准确对好零位。

8、按压测帽提升杠杆2～3次，检查示值稳定性，

要求零位变化不超过l／10格，如超过过多应寻找原

因，并重新调零（各紧固螺钉应拧紧但不能过紧，以免

仪器变形）。

9、按下测帽提升杠杆，取下规块组，将被测部件

放在工作台上（注意一定要使被测轴的母线与工作台接

触，不得有任何跳动或倾斜）。

10、按压测帽提升杠杆多次，若示值稳定，则记下

标尺读数（注意正负号）。此读数即为该测点轴线的实

际差值。

11、在轴的三个横截面上，相隔90度的径向位置

上共测六个点（如图3－7），并按其的验收极限判断其

合格性。图3-7 测量位置

五、注意事项

1、测量前应先擦净零件表面及仪器工作台。

2、操作要小心，不得有任何碰憧，调整时观察指针位置，不应超出标尺示值范围。

3、使用量块时要正确推合，防止划伤量块测量面。

4、取拿量块时最好用竹摄子夹持，避免用手直接接触量块．以减少手温对测量精度的

影晌。

5、注意保护量块工作面，禁止量块碰撞或掉落地上。

6、量块用后，要用航空汽油洗净，用绸布擦干并涂上防锈油。

7、测量结束前，不应拆开块规，以便随时校对零位。

六、测量数据处理及零件合格性的评定

考虑到测量误差的存在，为保证不误收废品，应先根据被测轴径公差的大小，查表得到相应的安全裕度A，然后确定其验收极限。若全部实际尺寸都在验收极限范围内，则可判此轴径合格，即： Es-A≥Ea≥Ei+A

式中：Es——零件的上偏差 Ei——零件的下偏差

Ea——局部实际尺寸 A——安全裕度

七、填写测量报告单

按要求将被测件的相关信息、测量结果及测量条件填入测量报告单（3）中。

测量报告单（3）

八、实验小结

1、填空：

⑴量块在使用前应用将其表面清洗干净。

⑵在实验过程中测量圆柱类零件时选用的是测帽。

⑶当被测件尺寸为70mm时，立式光学比较仪测量的最大不确定度为 mm。

2、选择：

⑴量块组合使用时最多不得超过块。

A、3；

B、4；

C、5；

D、6。

⑵仪器在粗调整时，指标线应对在处。

A、零刻线；

B、正90～100格；

C、负90～100格。

⑶被测轴径的实验偏差全部小于上偏差且全部或部分小于下偏差时，在判断合格性时该零件孔径为。

A、合格品；

B、废品；

C、返修品。

3、判断：

⑴量块使用过程中不得用手直接接触。（）

⑵当无法看清视场中的刻线时，可调整目镜视度环或用手擦拭目镜。（）

⑶实验过程中测量圆柱零件时，被测件要前后推动找到被测点的最大值。（）

3.2 形状和位置误差的测量

由于形位误差的项目多达十四个，加上零件结构形式多种多样，所以测量形位误差的仪器较多，方法灵活。

基于这种情况，国家标准GB1958—1996《形状和位置公差检测规定》确定了形位误差的五条检测原则。检测形位误差时，应根据零件的特点和检测条件，按照这些原则确定出合理的检测方法和相应的测量装置。

练习目标：

1、掌握箱体类、支架类等常见零件位置误差的检测方法。

2、掌握内然机的连杆、活塞等常见零件位置误差的检测方法。

3、掌握直线度、平面度、圆度等形状误差的检测及数据处理方法。

4、掌握径向圆跳动和端面圆跳动的测量方法。

5、了解合像水平仪、跳动检查仪等一些常有量具、量仪的基本原理、主要技术参数及使用方法。

6、加深对各项形位公差定义的理解。

7、掌握测量和检验的一般步骤，能独立完成对常见零件的各种几何量的测量和检验。

练习前应掌握的知识：

1、国家标准对形状和位置公差各个项目及其公差的定义。

2、形位公差的标注。

3、有关的公差原则。

4、形位误差的检测原则。

5、偏摆检查仪的正确使用。

6、合像水平仪的正确使用。

7、直线度、平面度、圆度等形位误差测量数据的处理。

练习项目：

1、箱体类零件的位置误差的测量。

2、支架类零件的尺寸及位置误差的测量。

3、径向圆跳动和端面圆跳动的测量。

4、用合像水平仪测量直线度误差。

5、平面度误差的测量。

实验四箱体类零件位置误差的测量

一、实验预习测问（实验前请完成下列练习）

1、填空

⑴形状和位置误差项目较多，共项。

⑵“平台测量法”的主要测量器件是。

⑶被测孔和基准孔的轴心线可用模拟。

2、选择

⑴在下列形位误差中，属位置误差的是误差。

A、直线度；

B、圆度；

C、平行度。

⑵“平台测量法”适于测量。

A、精度较低的零件；

B、精度较高的零件；

C、精度中等的零件。

⑶当测量时得到f X、f Y，则其实际误差值为。

A、f=f X2+f Y 2；

B、f=（f X+f Y）/2

C、孩子。

3、判断

⑴位置误差即为位置度误差。（）

⑵“平台测量法”可对零件进行大批测量和检验。（）

⑶用“平台测量法”只能对圆度误差进行近似测量。（）

二、测量原理与特点：

形状和位置误差因测量项目较多，且受零件结构与精度要求的不同等多种因素的限制，其测量方法也千差万别。本次实验的被测件为一箱体类零件，根据其结构及精度要求可选择“平台测量法”进行测量。

所谓的“平台测量法”是以精密测量平板为基本的测量器件，并辅以百分表、千分表、高度尺、直角尺等通用量具，通过不同的组合完成测量。该测量方法具有以下主要特点：

1、对测量条件要求不高，容易实现；

2、适用面广，一般的中等精度零件均可测量；

3、受测量器具精度限制，该方法不适合测量较高精度的零件；

4、 该方法的测量效率不高，一般不适合大批量的检验与测量。 三、器具： 1、百分表 2、杠杆百分表 3、内径百分表

4、外径千分尺

5、宽坐直角尺

6、游标高度尺”

7、其它辅助检具 四、测量步骤：

1、位置度误差的测量：

⑴将被测零件的基面A 放在平板上（见图3一8）。

⑵测量孔径：按孔径基本尺寸选好测量头，装在内径百分表上，用外径千分尺对

零位，测出孔径D 实。 图3-8 位置度误差测量 ⑶用高度游标尺分别测出孔壁到基准面A 的距离La ．

⑷再将被测件的基准面B 放在平板上，用高度游标尺测出孔壁到基准面B 的距离Lb 。 ⑸将La 、Lb ．分别加上实际孔的半径，求出孔中心到基准面A 、B 的距离X 实、Y 实。

⑹将实测值与相应的理论正确尺寸比较，得出偏差f X 、f Y ，则孔的位置度误差为：

⑺进行合格性评定。当实测值小于给定的公差值时该项目合格，若被测孔径偏离MMC 状态时则应考虑补偿值。 2、垂直度误差的测量

⑴用一长心轴模拟被测孔的公共轴

心线。用一短心轴模拟基准孔的轴心线。

⑵将被测零件的B 平面放在三个可调支承上（见图3-9）。 ⑶用宽坐直角尺分别在任意方向上检查基准孔的心轴与平板的垂直度（用光隙法），若不垂直可通过调整可调支承使基准轴心线与平板平行。

⑷用百分表分别在被测孔靠近箱体壁的左右两侧读取最高点的读数。两读数之差即为被测孔与基准孔轴线的垂直度误

差。 图3-9 垂直度误差测量

⑸进行合格性评定。当实测值小于给定的公差值时该项目合格。

3、平行度误差的测量

⑴孔轴线与基准平面平行度误差的

测量

①将被测零件的基准面F直接置于平

板上．如图3-10，被测孔中放入模拟心轴．

②用百分表分别靠近箱体壁的左右

两侧在心轴最高点处读取读数，二读数之

差即为被测轴线对基准平面的平行度误

差。

⑵被测平面与基准于面平行度误差

的测量用百分表测量被测平面上各点的读

数，读数的最大值与最小值之差即为该被

测平面对基准平面的平行度误差。图3-10 平行度误差测量

⑶进行合格性评定。当实测值小于给

定的公差值时该项目合格

4、同轴度误差的测量

⑴用心轴分别模拟基准孔与被测孔

的轴心线，将被测零件的A平面置于三个

可调支承上（见图3—11）．

⑵将基准孔的模似心轴，调整到与平

板平行（可用百分表在该孔两端的两点进

行测量，调整到与两端最高点读数相等，

即表示心轴与平板平行），记下此时的读

数，则该点至平板的距离为：

L+（φD/2）

图3-11 同轴度误差测量

⑶用百分表在靠近被测孔模似心轴的两端A、B两点处分别测出最高点读数，并计算与高度L＋（φD/2）的差值f AX、f BX。

⑷将被测件翻转90度上述方法测出f AX、f BX（由于测量空间较小，要改用杠杆百分表）。

⑸计算被测孔两端的同轴度误差。

A点处的同轴度误差为：

B点处的同轴度误差为：

取其中较大者作为该被孔的圆度误差。

⑹进行合格性评定。当实测值小于给定的公差值时该项目合格。

五、填写测量报告单

按要求将被测件的相关信息、测量结果及测量条件填入测量报告单（4）中。

测量报告单（4）

1、填空：

⑴在“平台测量法”中精密测量平板被用作。

⑵在实验中当实测孔径为30.02mm，则可获得位置度误差的补偿值为 mm。

⑶测量平面与孔的平行度误差时，其数据采集方式与测量垂直度误差相似，而测量项目却根本不同，这是因为发生了改变。

2、选择：

⑴用“平台测量法”测量同轴度误差时实际误差值需经计算才能得到，故属。

A、直接测量；

B、间接测量；

C、非接触测量；

D、比较测量。

⑵在测量孔与孔的垂直度误差时，百分表的测量点应在。

A、模拟心轴的两端处；

B、模拟心轴的任意处；

C、模拟心轴靠近箱体处。

⑶在垂直度误差测量中，用作基准的是测量器具是。

A、外径千分尺；

B、百分表；

C、宽座直角尺。

3、判断：

⑴在测量平行度误差时，百分表第一次读数可调“零”，也可不调“零”。（）

⑵在位置度误差测量过程中，应将高度尺量爪全部放入孔内测量孔壁至基面距离。（）

⑶“平台测量法”比较灵活，只要符合《形状和位置公差检测规定》确定了形位误差的五条检测原则和被测件精度要求，任何方法都可采用。（）

实验五支架类零件的尺寸及形位误差的测量

本次实验为自行设计测量方案并独立完成测量的实验。实验前根据被测零件图分析其技术要求，确定测量项目。按照不同的测量项目自己设计测量方案，选择测量方法和测量器具，写出预习报告，经教师检查后，即可按方案独立完成零件测量的全过程，并写出测量报告。

一、被测零件

被测零件为一支架，各项要求见图3—12。

二、测量要求

对图3—12所示零件的几何尺寸精度进行检测，标注有公差的尺寸以及形位误差均须测量出实际值，并判断其合格性。

图3-12 被测零件——支架

三、预习

预习时须综合运用以前所学的知识，并查阅有关方面的参考资料、书籍、手册等，选择最合理的测量器具和方法，以最简单的操作程序和步骤，完成测量工作。

预习报告

四、测量并填写测量报告单

按预习步骤完成测量并将被测件的相关信息、测量结果及测量条件填入测量报告单（5）中。

测量报告单（5）

小尺寸物体光学测量方法

小尺寸物体光学测量方法 李闯闯 （华东师范大学，物理与材料学院，上海市，邮编：200000） 摘要：测量微小长度的方法很多，除了游标卡尺，螺旋测微器，读书显微镜等简单的长度测量方法外，利用激光强度高，干涉性好，方向性好的特点，设计出的光学测量方法也有很多，本文将先对实验中的线阵CCD测量物体尺寸进行简单介绍，然后再介绍两种其他的小尺寸物体光学测量方法：利用光学多道仪测量，照相法测量。 1.线阵CCD测量物体尺寸 随着科学技术的发展和工业自动化检测程度的提高，传统的人工接触式的测量由于测量精度和效率的限制已经无法满足大规模生产的需求。高精度，高速度的在线非接触测量已经成为检测行业的发展趋势。产于上世纪70年代的电荷耦合器件（CCD）是现代最重要的图像传感器的一种。 CCD是由一种高感光度的半导体材料制成的模拟集成电路芯片，借助光学系统和驱动电路，图像经光敏区后可以实现光电信号的转换、存储和传输，从而将空间域的光学图像转换为时间域的离散电压信号。 线阵CCD具有灵敏度高、光谱响应宽、集成度高、结构简单、成本低廉等诸多优点，因此在检测方面应用越来越广。 （1）线阵CCD测量原理 装置由远心照明光源系统，待测物体，线阵成像系统，线阵CCD图像采集系统和计算机数据处理系统构成。 远心照明光源发出平行光术均匀投射到待测物体，经成像物体成像在线阵CCD的光敏阵列上。由于待测物体的成像面上光照度不同，线阵CCD光敏阵列上的照度分布也就不同，因此，输出信号中将包含待测物体的尺寸信息，如下图所示。再通过线阵CCD及其驱动器将其转换为图二右侧所示的时序电压信号（N1，N2是待测物体的边缘信号） 为了提取图二所示的边缘信息，通常要对线阵CCD输出的信号进行二值化处理。其方法有固定阈值法，浮动阈值法和微分阈值法。实验中我们采用的是浮动阈值法。软件采集到一行周期U0输出的数据之后，根据背景光信号的强度信号

光学测量复习题

1.光学测量：对光学材料、零件及系统的参数和性能的测量。 2.直接测量：无需对被测的量与其他的实测的量进行函数关系的辅助计算，而直接得到被测值的测量。 3.间接测量：直接测量的量与被测的量之间有已知的函数关系，从而得到该被测量的测量。 4.测量误差原因：（测量装置误差）（环境误差）（方法误差）（人员误差）。 5.测量误差按其特点和性质，可分为（系统误差）、（偶然误差）和（粗大误差）。 6.精度：反应测量结果与真实值接近程度的量。 7.精度分为：①正确度:由系统误差引起的测量值与真值的偏离程度②由偶然误差引起......③由系统误差和偶然误差引起的...... 8.偶然误差的评价:(标准偏差)(极限误差)。 9.正态分布特征：（单峰性）（对称性）（有界性）（抵偿性）。 10.确定权的大小的方法：（根据测量次数确定）（由标准偏差确定）。 11.对准（横向对准）是指在垂直于瞄准轴方向上，使目标和比较标记重合或置中的过程，又称横向对准。 12.调焦（纵向对准）指目标和比较标记瞄准轴方向重合或置中的过程。 13..对准误差：对准残留的误差。 14.调焦误差：调焦残留的误差。 15.常用调焦方式：（清晰度法）、（消视差法）。 16.清晰度法：以目标象和比较标志同样清晰为准，其调焦误差由几何景深和物理景深决定。 17.消视差法：以眼睛垂直于瞄准轴摆动时看不出目标象和比较标志有相对错动为准，调焦误差受对准误差影响。 18.平行光管：是光学测量中最常用的部件，发出平行光，用来模拟无限远目标，主要由（望远物镜）和（安置在物镜焦平面上的分划板）构成。 19.调校平行光管的目的：是使分划板的分划面位于物镜焦平面上。调校方法：（远物法）、（可调前置镜法）、（自准直法）、（五棱镜法）和（三管法）。 20.自准直仪：（自准直望远镜）（自准直显微镜）。 21.自准直目镜是一种带分划板和分划板照明装置的目镜。一般不能单独使用，应与望远镜物镜配合构成自准直望远镜；与显微镜物镜配合构成自准直显微镜。它们统称自准直仪。 22.常用自准直目镜：（高斯目镜）、（阿贝目镜）、（双分划板式自准直目镜）。 23.剪切干涉法常见的平板式横向剪切干涉仪，它是以干涉条纹成无限宽，即干涉场中呈均匀一片作为判别光束准直性基准的。 24.双楔板剪切干涉法的原理？ 解：假设楔板的棱边平行于x轴(棱边呈水平状态)，并倾斜至于光路中。一离焦板的光波Kd(x2+y2)经楔板前，后面反射，则反射波沿x方向被横波向剪切。干涉条纹是一组与x轴倾斜的直线簇，在重叠区域形成的条纹可表示为（nkβ）y+(KDs)x=mπ 25.V棱镜法的检测原理：当单色平行光垂直的入射到V棱镜的ED面时，若被检玻璃折射率n与V棱镜折射率n0完全相同，则出射光不发生任何偏折的射出；若n与n0不等，则出射光相对入射光有一偏折角θ，若测出θ，就可计算出折射率。 26.V棱镜折光仪：主要用于平行光管、对准望远系统、读数显微镜系统和标准V块组成。 27.V棱镜折光仪的使用方法：平行光管分划板的刻线是在水平透光宽缝中间刻一细长线。由平行光管射出的单色平行光束经V棱镜和待检试样后，产生偏折角θ，转动望远镜对准平行光管的刻线象。当望远镜对准时，带动度盘转动。有读数显微镜读得角θ，其整数部分由度盘读出，小数部分由测微目镜读出。 28.最小偏向角法的测量原理：单色平行光沿MP方向射出，入射光与出射光的夹角δ为偏

落点实时光学测量系统的设计与实现

落点实时光学测量系统的设计与实现 飞行器落点的测量是某部队一项重要的任务,落点测量是否及时准确将对飞行试验结果的判别、后续残骸的搜索等产生很大的影响。但受飞行试验落点区域条件限制和机动性要求,超声波、雷达或无线电等定位设备在本文中并不适合,简易的光学测量系统最适合本文的应用。 传统的落点光学测量主要依靠某型望远镜捕获目标,利用人工读数的方式获得角度值信息,再通过数传电台将各观测点的信息传输至计算中心,中心操作手再手工将角度信息录入计算软件,得出交会结果,最后进行结果复核计算。这种传统的方式存在时效低、人为误差大等缺点,需要构建更加自动化、精确度更高的落点实时光学测量系统。 本论文正式针对上述实际问题,将比较成熟的光电编码技术与易于操作的望远镜进行组合,增加微处理器控制电路及收发数据、交会处理的软件,使操作手确认捕获到目标后,能自动完成角度信息采集、传输、交会计算和向上级指挥所发送结果的全过程,提高了测量速度、效率和精度。本文的主要内容为:1.落点实时光学测量系统的关键技术研究。 介绍了该系统中的关键技术,两点前向交会方法、高斯投影、光电编码技术等,并通过推导计算得出一种基于最小二乘法的交会算法的优化方法。2.落点实时光学测量系统的需求分析。 基于落点测量的实际情况,对落点测量的环境、条件及主要流程进行了全面分析。对需要开发的落点实时光学测量系统的需求进行分析。 3.落点实时光学测量系统的设计。在需求分析的基础上,完成系统设计,主要包括体系架构、功能结构、网络拓扑等。

4.落点实时光学测量系统的实现。搭建系统环境,采购并接入光电编码器、数传电台等硬件,完成了数据通信、数据处理、交会计算和辅助决策等功能的实现。 在此基础上,通过模拟计算对优化算法进行了验证。5.落点实时光学测量系统的测试。 为确保系统有较高的可靠性,对系统进行相关测试,发现并解决系统中存在的问题。目前,该系统已实际应用,机动性强、受环境干扰小、性能稳定,实现了提高落点测量速度,减小人为差错的目标。

光学干涉测量技术

光学干涉测量技术 ——干涉原理及双频激光干涉 1、干涉测量技术 干涉测量技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。相干光波在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹，通过分析处理干涉条纹获取被测量的有关信息。 当两束光亮度满足频率相同，振动方向相同以及相位差恒定的条件，两束光就会产生干涉现象，在干涉场中任一点的合成光强为： 122I I I πλ=++ 式中△是两束光到达某点的光程差。明暗干涉条纹出现的条件如下。 相长干涉（明）： min 12I I I I ==+ （ m λ=） 相消干涉（暗）： min 12I I I I ==+-， （12m λ? ?=+ ??? ） 当把被测量引入干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差则发生变化。通过测量干涉条纹的变化量，即可以获得与介质折射率和几何路程有关的各种物理量和几何量。 按光波分光的方法，干涉仪有分振幅式和分波阵面式两类。按相干光束传播路径，干涉仪可分为共程干涉和非共程干涉两种。按用途又可将干涉仪分为两类，一类是通过测量被测面与参考标准波面产生的干涉条纹分布及其变形量，进而求得试样表面微观几何形状、场密度分布和光学系统波像差等，即所谓静态干涉；另一类是通过测量干涉场上指定点干涉条纹的移动或光程差的变化量，进而求得试样的尺寸大小、位移量等，即所谓动态干涉。 下图是通过分波面法和分振幅法获得相干光的途径示意图。光学测量常用的是分振幅式等厚测量技术。 图一 普通光源获得相干光的途径 与一般光学成像测量技术相比，干涉测量具有大量程、高灵敏度、高精度等特点。干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测量。在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪（图二）、马赫-泽德干涉仪、菲索

光学测量技术详解

光学测量技术详解(图文) 光学测量是生产制造过程中质量控制环节上重要的一步。它包括通过操作者的观察进行的快速、主观性的检测，也包括通过测量仪器进行的自动定量检测。光学测量既可以在线下进行，即将工件从生产线上取下送到检测台进行测量；还可以在线进行，即工件无须离开产线；此外，工件还可以在生产线旁接受检测，完成后可以迅速返回生产线。 人的眼睛其实就是一台光学检测仪器；它可以处理通过晶状体映射到视网膜上的图像。当物体靠近眼球时，物体的尺寸感觉上会增加，这是因为图像在视网膜上覆盖的“光感器”数量增加了。在某一个位置，图像达到最大，此时再将物体移近时，图像就会失焦而变得模糊。这个距离通常为10英寸（250毫米）。在这个位置上，图像分辨率大约为0.004英寸（100微米）。举例来说，当你看两根头发时，只有靠得很近时才能发现它们之间是有空隙的。如果想进一步分辨更加清楚的细节的话，则需要进行额外的放大处理。 本部分设定了隐藏，您已回复过了，以下是隐藏的内容 人的眼睛其实就是一台光学检测仪器；它可以处理通过晶状体映射到视网膜上的图像。本图显示了人眼成 像的原理图。 人眼之外的测量系统 光学测量是对肉眼直接观察获得的简单视觉检测的强化处理，因为通过光学透镜来改进或放大物体的图像，可以对物体的某些特征或属性做出准确的评估。大多数的光学测量都是定性的，也就是说操作者对放大的图像做出主观性的判断。光学测量也可以是定量的，这时图像通过成像仪器生成，所获取的图像数据再用于分析。在这种情况下，光学检测其实是一种测量技术，因为它提供了量化的图像测量方式。 无任何仪器辅助的肉眼测量通常称为视觉检测。当采用光学镜头或镜头系统时，视觉检测就变成了光学测量。光学测量系统和技术有许多不同的种类，但是基本原理和结构大致相同。

角度测量的光学方法

第28卷第2期2002年3月 光学技术OPTICAL TECHN IQU E Vol.28No.2 March 2002 文章编号:100221582(2002)022******* 角度测量的光学方法 Ξ 浦昭邦,陶卫,张琢 (哈尔滨工业大学305信箱,黑龙江哈尔滨　150001) 摘　要:光学测角法是高精度动态角度测量的一种有效的解决途径。对目前发展较快的几种角度测量的光学方法———圆光栅测角法、光学内反射小角度测量法、激光干涉测角法和环形激光测角法进行了详细的介绍,并且分别给出了每种方法的测量原理和发展现状,比较了各种方法的优缺点,给出了每种方法的应用场合和发展前景。 关键词:角度测量;光学方法;转角;整周中图分类号:TH741.2 文献标识码:A Angle measurement with optical methods PU Zhao 2bang ,T AO Wei ,ZH ANG Zhuo (Harbin institute of Technology ,Harbin 150001,China ) Abstract :Optical methods are one of the most effective way of dynamic angle measurement with high accuracy.Several well developed optical methods of angle measurement ,such as angle measurement with radical gratings ,angle measurement based on internal 2reflection effect ,laser interference angle measurement system and ring laser goniomcters ,are described in de 2tail.The principle ,present status and application situation of each method is dis played.The superiority and defects of these methods are lined out.The development future of each method is given at last. K ey w ords :angle measurement ;optical methods ;rotation angle ;whole round 1　引　言 角度测量是几何量计量技术的重要组成部分,发展较为完备,各种测量手段的综合运用使测量准确度达到了很高的水平。角度测量技术可以分为静态测量和动态测量两种。对于静态测量技术来说,目前的主要任务集中在如何提高测量精度和测量分辨力上[1～3]。随着工业的发展,对回转量的测量要求也越来越多,因此人们在静态测角的基础上,对旋转物体的转角测量问题进行了大量的研究,产生了许多新的测角方法。 测角技术中研究最早的是机械式和电磁式测角技术,如多齿分度台和圆磁栅等,这些方法的主要缺点大多为手工测量,不容易实现自动化,测量精度受到限制[4,5]。光学测角方法由于具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点而倍受人们的重视,尤 其是稳定的激光光源的发展使工业现场测量成为可能,因此使光学测角法的应用越来越广泛,各种新的光学测角方法也应运而生。目前,光学测角方法除众所周知的光学分度头法和多面棱体法外,常用的还有光电编码器法[6]、衍射法[7,8]、自准直法[9,10]、光纤法[11]、声光调制法[12,13]、圆光栅法[14～17]、光学内反射法[18～23]、激光干涉法[24～28]、平行干涉图法[29,30]以及环形激光法[31～33]等。这些方法中的很多方法在小角度的精密测量中已经得到了成功地应用,并得到了较高的测量精度和测量灵敏度,通过适当的改进还可对360°整周角度进行测量。对于众所周知的光学分度盘、轴角编码器、光电光楔测角法等来说,由于应用较多,技术比较成熟,本文不作具体介绍。下面主要介绍几种近几年来发展起米的小角度测量方法和可用于整周角度测 量的方法。 2　圆光栅测角法 圆光栅是角度测量中最常用的器件之一。作为角度测量基准的光栅可以用平均读数原理来减小由分度误差和安装偏心误差引起的读数误差,因此其准确度高、稳定可靠。但在动态测量时,在10r/s 的转速下,要想达到1′的分辨力都非常困难。目前我国的国家线角度基准采用64800线/周的圆光栅系统,分辨力为01001″,总的测量不确定度为0105″。该测量方法主要是在静态下的相对角度测量。英国国家物理实验室(NPL )的E W 图1　NPL 测角仪原理图Palmer 介绍了一台作为角度基准的径向光栅测角仪,如图1所示,既可用于测角,又 可用于标定。其原理是利用两块32400线的径向光栅安装在015r/s 的同一个轴 套上,两个读数头一个固定,一个装在转台上连续旋转,信号间的相位差变化与转角成正比。仪器中用一个自准直仪作为基准指示器,可以测得绝对角度,利用光栅细分原理可测360°范围内的任意角度,附加零伺服机构可以对转台进行实时调整,限制零漂。用干涉仪作为读数头,可进行高精度测量。按95%置信度 水平确定其系统误差的不确定度为0105″[15] 。 德国联邦物理研究院(PTB )的Anglica T ubner 等人用衍射 8 61Ξ收稿日期:2001205224;收到修改稿日期:2001206218 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59875017) 作者简介:浦昭邦(19402),男,哈尔滨工业大学教授,博士生导师,主要从事光学测量、图像处理方面的研究。

光学投影层析三维成像测量实验系统的设计概述

光学投影层析三维成像测量实验系统的设计

摘要 光学投影式三维轮廓测量在机器/机器人视觉、CAD/CAM以及医疗诊断等领域有重要的应用，这种测量方法具有非接触性、无破坏、数据获取速度快等优点，其测量系统是宏观光学轮廓仪中最有发展前途的一种。 本课题拟采用激光光源（或普通卤素灯作为光源），应用光学系统、计算机控制，进行图像采集、图像处理，设计成像系统的断层图像重建及三维图像显示实验系统，并对其成像理论、成像质量及成像误差进行理论分析。该项目完成的光学投影层析三维成像测量实验系统适用于光学教学演示，其理论分析有利于学生积极的汲取现代光学发展的科研成果、思路和方法，从而潜移默化的培养学生的科学素养和创新能力。 关键词：光学投影层析，三维成像，CT技术

目录 1.引言 (1) 2.CT原理及重建算法 (2) 整个实验用到的理论相关联名称 2.1 CT技术原理 (3) 2.2 OPT原理简介 (4) 3.1 滤波反投影算法的快速实现 3. 光学投影层析三维成像测量实验系统 (5) 3.1实验系统的设计 (6) 3.2 光学投影层析三维成像测量实验系统 3.3 影响图像重建质量的因素分析 (7) 4. 结论 (11) 5. 参考文献 (13)

图表清单

1.引言 2002年4月英国科学家Sharpe在《Science》上首次报道了光学投影层析技术(optical projection tomography，OPT)，这是一种新的三维显微成像技术，是显微技术和CT技术的结合。光学投影层析巧妙的利用了光学成像中“景深”的概念，实现了光学CT，和其它光学三维成像技术相比，结构简单、成本较低、成像速度快，在对成像分辨率要求不高的情况下，容易建立起光学投影层析三维成像测量系统。 光学三维成像代表着光学领域的前沿技术，这些技术涉及光学、计算机和图像处理等相关领域的知识，通过本项目--光学投影层析三维成像测量实验系统的设计，将是基础光学通向现代光学科技的不可多得的窗口之一，不仅显示基础知识的生命力，也反映基础知识的时代性，而且本项目实现所需成本较低、物理思想清晰，适用于物理实验教学，并适合作为大学生的综合设计性物理实验项目进行开发研究，同时对于激发大学生的学习兴趣、开阔大学生的视野和思路、培养综合科研素养均有很大的帮助。 2 CT技术原理及重建算法 2.1 CT技术原理 CT（计算机断层成像，mography ComputerTo的缩写）技术的研究自20世纪50至70年代在美国和英国发起，美国科学家A.M. Cormark和英国科学家G. N. Hounsfield在研究核物理、核医学等学科时发明的，他们因此共同获得1979年的诺贝尔医学奖。第一代供临床应用的CT设备自1971年问世以来，随着电子技术的不断发展，CT技术不断改进，诸如螺旋式CT机、电子束扫描机等新型设备逐渐被医疗机构普遍采用。除此之外，CT技术还在工业无损探测、资源勘探、生态监测等领域也得到了广泛的应用。 与传统的X射线成像不同，CT有自己独特的成像特点。下面以一个一般的图示来说明。 如图1所示，假设有一个半透明状物体，如琼脂等，在其内部嵌入5个不同透明度的球，如果按照图1中（a）所示那样单方向地观察，因为其中有2个球被前面的1个球挡住，我们会误解为只有3个球，尽管重叠球的透明度比较低，但我们仍无法确定球的数目，更不可能知道每个球的透明度。而如果按照图1（b）

光学基本测量仪器

光学基本测量仪器 1 望远镜 1.1 结构 望远镜是用来观察远距离目标的一种助视光学仪器，其结构如图1所示。物镜L l是一块消色差复合正透镜，镶嵌在套筒M1的前端，M1套在镜筒N上，可前后移动。目镜L2通常由两块凸透镜组成，装在目镜筒M2的两端，靠近物镜的透镜称接场镜，靠近眼睛的称接目镜，M2可套入镜筒N并可前后移动。实验用测量望远镜在镜筒N内靠近物镜的一侧还装有十字准线K。 图1 望远镜的结构特点是两分立系统的光学间隔为零，即物镜的后焦平面和目镜的前焦平面重合。这样远处物体经物镜在其后焦平面上成一倒立缩小的实像，此像作为目镜的物再经目镜成一视角放大的虚像为眼睛接受。 1.2 调节方法 1.调节目镜即改变L2和K之间的距离，使得能清晰地看到十字准线像。 2.物镜调焦即改变L l和K之间的距离，使得能清晰地同时看到准线和观察物的像，且无视差。产生视差的原因，是观察物通过物镜所成的像与准线不在同一平面上，当左右或上下稍微改变视线方向时，可看到两个像之间有相对位移，这时称之为有视差。 2 读数显微镜 2.1 结构 和普通观察显微镜不同，测量用显微镜的物镜应在严格而准确的横向放大率下工作。为此，在预先确定放大率的物镜像平面处安置一块分划板，并与物镜固结为一个整体。为使各种视度眼睛的人都能使用，测量用显微镜的目镜必须可以进行视度调节。 读数显微镜由测微螺旋和测量用显微镜组成，可直接用来精密测量微小物体的长度、孔距、直径等。根据不同的测量要求，读数显微镜的量程、分度值和视角放大率等有不同的规格。常用的JCD-Ⅱ读数显微镜结构如图2所示。

图2 JCD-II型读数显微镜 1—目镜 2—调焦旋钮 3—方轴 4—接头轴 5—测微手轮 6—标尺 7—镜筒支架 8—物镜 9—旋手 10—弹簧压片 11—载物台 12—底座 图中1是目镜及显微镜镜筒。旋转测微手轮5，可使镜筒支架带动镜筒沿导轨移动。显微镜用调焦旋钮2调焦。测微装置分度值为0.01mm，其读数方法与螺旋测微计相同。测量架方轴可插入接头轴4的十字孔中，并可前后移动。接头轴可在底座内旋转、升降，并用旋手9固定。 2.2 调节方法 1)将被测物体置于载物台面玻璃上，用弹簧压片压紧，使其处于镜筒下方。 2)调节目镜，至看清十字分划板。 3)转动调焦旋钮调节物镜，使被测物体清晰可见，并消除与分划板的视差。调整被测量物，使其被测部分的横向和显微镜移动方向平行。 4)转动测微手轮，使十字分划板纵丝对准待测长度的起点，记下此时读数A，沿同一方向转动测微手轮，使分划板纵丝恰好止于待测长度的终点，记下读数B，则所测长度 A 。 L=B 2.3 注意事项 1)转动调焦旋钮时，注意应避免使显微镜与被测物相接触。正确的作法是首先使物镜接近被测物，然后调节镜筒缓慢上移。 2)测量过程中，测微手轮只能向一个方向转动，中途不能逆转，以免引入螺距误差。 3 测微目镜 3.1 结构

光学测量应用举例

1、激光三角法测距。 利用激光良好的方向性，以及几何光学成像的比例特性，将一束激光照射到物体上，在与激光光束成一定角度的位置用光学成像系统检测照射到物体的光斑，这样镜头-光斑、镜头平面到激光光束的连线、光斑到镜头平面与激光光束交点构成一三角形，而镜头-光斑的像、镜头平面以及过光斑的像的激光光束平行线与镜头平面的交点成一个与前面所描述的三角形相似的三角形。用光电传感器阵列检测到光斑的像的位置，则可以根据三角形性质计算出光斑位置。这种测量方法适合距离较短的情况。 目前的激光三坐标测量机（抄数机）一般都采用激光三角法测距。 2、光速法测距。 利用光速不变原理，检测激光发射与反射光反射回来的时间差，从而计算出距离。为了提高精度，可以将激光调制上一个低频信号，利用测量反射光的相位差来测得反射时间差。这种方法一般用于远距离测量。 目前各种激光测距仪一般用这种方法测量。 3、激光干涉法测距。 这是一种相对测量，它无法测得一个物体离仪器的绝对距离，但可以测得两被测物体的相对距离。它的原理是一台迈克尔逊干涉仪，利用反射镜距离变化时干涉条纹的变化来测量，反射镜从物体A运动到物体B，干涉条纹变化的数量反映了其距离。这种测量要求条件较高，但是可以精确测量，它也是目前所有测量手段中最精确的一种。 4、光学图象识别技术测量位移。 其所用原理与三角法相似，但是可以不用激光，而是直接对移动物体拍照，利用前后两幅图片中物体在图片中的位移来计算物体真实的位移。、 这种技术在光电鼠标中大量使用。 5、光栅测量位移。 利用光栅形成的莫尔条纹，计算莫尔条纹变化量即可计算出位移量。 这是目前应用最多的技术，光栅尺大量应用于工业上的行程测量。 6、激光衍射法测量细丝、小孔直径和狭缝宽度。 测量衍射斑的大小就可以计算出孔或缝的尺寸。

光学测量原理与技术

第一章、对准、调焦 ?对准、调焦的定义、目的； 1.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。目的：瞄准目标（打靶）；精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。 2、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。 目的： --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； --使物体（目标）成像清晰； --确定物面或其共轭像面的位置——定焦。 人眼调焦的方法及其误差构成； 清晰度法：以目标和标志同样清晰为准则； 消视差法：眼睛在垂直视轴方向上左右摆动，以看不出目标和标志有相对横移为准则。可将纵向调焦转变为横向对准。 清晰度法误差源：几何焦深、物理焦深； 消视差法误差源：人眼对准误差； 几何焦深：人眼观察目标时，目标像不一定能准确落在视网膜上。但只要目标上一点在视网膜上生成的弥散斑直径小于眼睛的分辨极限，人眼仍会把该弥散斑认为是一个点，即认为成像清晰。由此所带来的调焦误差，称为几何焦深。 物理焦深：光波因眼瞳发生衍射，即使假定为理想成像，视网膜上的像点也不再是一个几何点，而是一个艾里斑。若物点沿轴向移动Δl后，眼瞳面上产生的波像差小于λ/K(常取K=6)，此时人眼仍分辨不出视网膜上的衍射图像有什么变化。 （清晰度）人眼调焦扩展不确定度： （消视差法）人眼调焦扩展不确定度： 人眼摆动距离为b ?对准误差、调焦误差的表示方法； 对准：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：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； 22 22 122 8 e e e D KD αλ φφφ ???? ''' =+=+ ? ? ???? 121 11e e l l D α φ'=-= 22 21 118 e l l KD λ φ'=-= e b δ φ'=

光学薄膜现代分析测试方法

一、金相实验室 ? Leica DM/RM 光学显微镜 主要特性：用于金相显微分析，可直观检测金属材料的微观组织，如原材料缺陷、偏析、初生碳化物、脱碳层、氮化层及焊接、冷加工、铸造、锻造、热处理等等不同状态下的组织组成，从而判断材质优劣。须进行样品制备工作，最大放大倍数约1400倍。 ? Leica 体视显微镜 主要特性：1、用于观察材料的表面低倍形貌，初步判断材质缺陷； 2、观察断口的宏观断裂形貌，初步判断裂纹起源。 ?热振光模拟显微镜 ?图象分析仪 ?莱卡DM/RM 显微镜附 CCD数码照相装置 二、电子显微镜实验室 ?扫描电子显微镜(附电子探针) (JEOL JSM5200，JOEL JSM820，JEOL JSM6335) 主要特性： 1、用于断裂分析、断口的高倍显微形貌分析，如解理断裂、疲劳断裂（疲劳辉纹）、晶间断裂（氢脆、应力腐蚀、蠕变、高温回火脆性、起源于晶界的脆性物、析出物等）、侵蚀形貌、侵蚀产物分析及焊缝分析。 2、附带能谱，用于微区成分分析及较小样品的成分分析、晶体学分析，测量点阵参数/合金相、夹杂物分析、浓度梯度测定等。 3、用于金属、半导体、电子陶瓷、电容器的失效分析及材质检验、放大倍率：10X—300,000X；样品尺寸：0.1mm—10cm；分辩率:1—50nm。 ?透射电子显微镜（菲利蒲 CM-20,CM-200） 主要特性： 1、需进行试样制备为金属薄膜，试样厚度须<200nm。用于薄膜表面科学分析，带能谱，可进行化学成分分析。 2、有三种衍射花样：斑点花样、菊池线花样、会聚束花样。斑点花样用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件。菊池线花样用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体精确取向、布拉格位移矢量、电子波长测定。会聚束花样用于测定晶体试样厚度、强度分布、取向、点群、空间群及晶体缺陷。 三、X射线衍射实验室 ? XRD-Siemens500—X射线衍射仪 主要特性： 1、专用于测定粉末样品的晶体结构（如密排六方，体心立方，面心立方等），晶型，点阵类型，晶面指数，衍射角，布拉格位移矢量，已及用于各组成相的含量及类型的测定。测试时间约需1小时。 2、可升温（加热）使用。 ? XRD-Philips X’Pert MRD—X射线衍射仪 主要特性： 1、分辨率衍射仪，主要用于材料科学的研究工作，如半导体材料等，其重现性精度达万分之一度。 2、具备物相分析（定性、定量、物相晶粒度测定；点阵参数测定），残余应力及织构的测定；薄膜物相鉴定、薄膜厚度、粗糙度测定；非平整样品物相分析、小角度散射分析等功能。 3、用于快速定性定量测定各类材料（包括金属、陶瓷、半导体材料）的化学成分组成及元素含量。如：Si、P、S 、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Fe、Co、W等等，精确度为0.1%。 4、同时可观察样品的显微形貌，进行显微选区成分分析。

光学测量仪器

https://www.wendangku.net/doc/5612943410.html, 光学测量仪器 光学影像测量仪是集光学、机械、电子、计算机图像处理技术于一体的高精度、效率高、高可靠性的测量仪器。由光学放大系统对被测物体进行放大，经过CCD摄像系统采集影像特征并送入计算机后，可以效率高地检测各种复杂零部件的轮廓和表面形状尺寸、角度及位置，进行微观检测与质量控制。 在实际应用中，尽管光学计量仪器多种多样，但它们的光学原理却都基于四种基本原理，它们是：望远光学原理、显微光学原理、投影光学原理、干涉光学原理。基于应用不同的光学原理，光学计量仪器可分为：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四大类。 光电探测技术是现代信息获取的主要手段之一，光电探测技术的发展是随着其他关键技术的发展而发展的，由于激光技术、光波导技术、光电子技术、光纤技术、计算机技术的发展，以及新材料、新器件、新工艺的不断涌现，光精密量仪测量工具传感器游标卡尺

https://www.wendangku.net/doc/5612943410.html, 电探测技术取得了巨大发展。近年来，光电探测技术引起了业内人士的普遍关注，在军事和民用领域占有越来越重要的地位。近年来涌现出的各种新型光电探测技术，包括微光探测、偏振探测、量子探测、单光子探测技术。 光学测量仪器选择首先要做到符合要求。比如，一台高精度的研发级别的光谱仪，并不一定适合日常对显示设备的校正，由于其精度高导致速度慢；由于光谱仪一般为非接触式的仪器，那么对环境要求就比较高。一个正确的流程应该是用低级的能保证测量速度和稳定性的色度计采集数据校正，用一台精度高符合标准的光谱仪来对色度计做一组校正数据（Offset），这样可以保证色度计在大部分亮度校正时的准确测量。 马尔测量始于1861年。19世纪的工业革命不仅促进了制造业快速发展， 同时唤起了对机械零件加工的精度要求。我们的工作就是确保测量结果的准确性。作为世界测量仪器的顶级生产商之一，多年以来，马尔的产品已涉及许多领域，并成为专业的测量应用专家。 精密量仪测量工具传感器游标卡尺

生物光学测量及医学应用医学科技论文

生物光学测量及医学应用医学科技论文 1生物组织光学特性的描述 激光在生物组织中的传输规律由其光学特性决定。描述组织光学特性的参数有吸收系数μa、散射系数μs、散射各向异性因子g和折射率noμa和μs(单位为mm-1分别表示组织中光子路径长度增量dz内吸收和散射所导致的辐射能量损失速率,表述为dΦ/dz。对于近红外光,生物组织为典型的混沌介质。组织中的吸收源于自然生色团如血红蛋白、肌红蛋白中的血红素和胆红素,线粒体呼吸链中的细胞色素、黑色素,以及光动力治疗中所引入的外源性生色团如光敏染料等。组织对光子的散射源于折射率的不连续性。在600～1300nm波段,软组织(如脑、肺、肝、皮肤)的典型光学参数为μa=0.01～1mm-1,μs=10～100mm-1。μt=μs+μa表示总作用系数。平均自由程(meanfreepath)mfp=1/μt,为每次散射或吸收事件发生前光子历经的平均距离,一般为10～100μm,尽管其平均自由程较小,但在组织中的注入还是比较深的,其原因一是所发生的相互作用大部分为散射事件而不是吸收,二是散射的高度前向特性,因此光子尽管经历了多次散射,仍能继续在组织中深入。散射作用可以用散射角分布S(θ)来表征,其中θ为单次散射事件发生后光子的偏折角。在大多数情况下,对S(θ)的详细描述并不重要,通常用各向异性因子g=cosθ来代替,它表示散射角的平均余弦值。在600～1300nm波段,大多数生物组织的典型g值为0.8～0.95[1～3]。除在光通量空间分布变化很大的、靠近边界和源的区域外,一般来说散射各向异性的细节并不重要,因而μs和g可简化成单一的传输散射系数μ′s=(μs(1-g)。激光在组织中的注入也可由有效衰减系数μeff(mm-1)或其倒数即有效注入深度(mm)来表述。基于传输理论有δ=1/μeff=1/3μs[μa+μs(1-g)](1)混沌介质内光的空间分布既依赖

像差检测光学测量

§5-3象差测量 概述 光学系统成象质量的好坏，是最后评定此光学系统优劣的主要标准。 影响象质的因素有： ① 设计水平：校正象差的完善程度 ② 加工水平：加工误差、装配误差、材料误差 ③ 杂光 几何象差与光学设计密切联系 误差测量与物光联系密切 §5-3-1 二次截面法（哈特曼法）测几何象差 1900—1904年由德国哈特曼提出，利用几何光学概念，找出这些光线经光学系统后的空间位置。 一、 原理 用区域光阑将不同孔径的光分开 1、 轴向象差 ① 球差 区域光阑（哈特曼光阑） 小孔直径')4001~1001(f =Φ ②位置色差 2、 垂轴象差 ① 象散 轴外球差曲线 d b b b S sn sn sn sn 2 11+=d b b b S tn tn tsn tn 211+= ② 场曲 d b b b S s d s b b n n n n n n n n 2 112 1 +=→-=

③ 慧差 子午慧差 C 1G 1=PA=RG 2=a 1 PB=PA+AB=a 1+AB d S R C PB t =2 d s a a AB a d S R C AB a t t =++==+21121 AB=-Kt=121a s d a a t -+ 121211)(a S d a a AB S a a ABd d a t t -+=+=+ t t S d a a a K 211'+- = 弧矢慧差一般不测量（只在大视场时测量） t s K K 3 1'= 哈特曼法无法测畸变，因光轴无法确定，因而也不能测倍率色差。 二、 测量装置及注意事项 1、 装置：阿斯卡 光具座 2、 调整及注意事项 ① 平行光管小孔校正在物镜焦平面上，转臂在轴向位置 ② 根据物镜相对孔径选择区域光阑小孔直径，一般Φ=（1/100~1/400）f'小一些好，但太小衍射严重，光斑反而大。 ③ 使被测物镜光轴和平行光管光轴重合（光束法线转动物镜法） ④ 确定E 1位置，一般'5 1,'71f S d f n n =-= σ ⑤ 确定曝光时间 ⑥ 测轴外象差时，使斜光束对称中心线和米字孔光阑中心孔重合，为此要纵向移动物镜，保证每一视场哈特曼光阑中心孔通过的光束通过被测物镜入瞳，同时相应移动E 1和E 2（两者精确相等）。 三、 测量误差分析

光学三维测量系统标准

VDI/VDE准则2634 第1部分 德国工程师协会(VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE，简称VDI ) 德国电气工程师协会(VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK，简称VDE) 光学三维测量系统，逐点探测成像系统 准则内容 初步说明（） 1适用范围 2符号参数 3验收检测和复检原则 4验收检测 4.1品质参数“长度测量误差”的定义 4.2检测样本 4.3测量程序 4.4结果评估 4.5等级评定 5检查 5.1测量流程 5.2评估 5.3检测间隔（时效）和报告 参考书目

初步说明（概述） 光学三维测量系统是一种通用的测量和测试设备。在所有情况下，使用者一定要确保使用中的光学三维测量系统达到所需的性能规格，特别是最大允许测量误差不能超出要求。就长远而言，这只能通过统一的验收标准和对设备的定期复检来确保。这个职责归测量设备的制造者和使用者共同所有。 使用价位合理的检测样本且快速简单的方法被各种样式、自由度、型号的光学三维测量系统的验收和复检所需要。这个目的可以通过长度标准和跟典型工件同样方式测量的检测样本实现。 本VDI/VDE准则2634的第一部分介绍了评估逐点探测式光学三维测量成像系统的准确性的实用的验收和复检方法。品质参数“长度测量误差”的定义与ISO 10360-2中的定义类似。独立的探测误差测试是不需要的，因为这个影响已经在长度测量误差的测定中考虑进去了。 VDI/VDE准则2634的第二部分介绍了用于表面探测的系统。 本准则由VDI/VDE协会测量与自动控制（GMA）的“光学三维测量”技术委员会和德国摄影测量与遥感协会的“近景摄影测量”工作组起草。在联合委员会中，知名用户的代表与来自大学的专门研究光学三维测量系统领域的成员合作。 1适用范围 本准则适用于可移动的、灵活的光学三维测量系统，该系统有一

光学测试技术1-光学基础知识

光学测试技术
卓力特光电仪器（苏州）有限公司

几何光学

光学基础知识
成像
实像与虚像 实物与虚物
各光线本身或其延长线交于同一点的光束，叫同心光束 例：从一点光源发出的光束 由若干反射面或折射面组成的光学系统，叫光具组 例：平面镜（一个反射面）、透镜（两个折射面）以及 更复杂的光学仪器

光学基础知识
以Q为中心的同心光束经光具组的反射或折射后转化为另 一以Q’点为中心的同心光束，则光具组使Q成像于Q’。Q 称为物点，Q’称为像点。
实像、虚像
如果光束中各光线实际上确是在某点会聚,那么这个会聚点叫做实像. 如果光束中各光线是发散的,但反向延长后可以找到光束的顶点,那么 这个顶点叫做虚像.

光学基础知识
实 像
如果光束中各光线实际上确是在某点会聚,那么这个 会聚点叫做实像。
虚 像
如果光束中各光线是发散的,但反向延长后可以找到 光束的顶点,那么这个顶点叫做虚像。

光学基础知识
平面镜成像原理
由镜前一发光点Q射出的 同心光束经镜面反射后成 为发散光束，由反射定 理，反射线的延长线严格 地交于镜面后同一点Q’ ， 像点Q’与物点Q对镜面对 称。
眼睛为什么能看到虚像？
眼睛是根据射入眼睛的那部分光线的最后方向和 发散程度来判断它们发光中心的位置的。所以当 一束成虚像的发散光束射入眼睛后，我们的感觉 是它们延长线的交点处似乎真有一个发光点。

光学测试技术复习资料

光学检测原理复习提纲 第一章 基本光学测量技术 一、光学测量中的对准与调焦技术 1、对准和调焦的概念(哪个是横向对准与纵向对准？) P1 对准又称横向对准，指一个目标与比较标志在垂轴方向的重合。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。 2、常见的五种对准方式。 P2 压线对准，游标对准。。。。 3、常见的调焦方法 最简便的调焦方法是：清晰度法和消视差法。p2 二、光学测试装置的基本部件及其组合 1、平行光管的组成、作用；平行光管的分划板的形式（abcd ）。P14 作用：提供无限远的目标或给出一束平行光。 组成:由一个望远物镜（或照相物镜）和一个安置在物镜 焦平面上的分划板。二者由镜筒连在一起，焦距 1000mm 以上的平行光管一般都带有伸缩筒，伸缩筒 的滑动量即分划板离开焦面的距离，该距离可由伸 缩筒上的刻度给出，移动伸缩筒即能给出不同远近 距离的分划像（目标）。 2、什么是自准直目镜（P15）（可否单独使用？），自准直法？ 一种带有分划板及分划板照明装置的目镜。Zz 自准直：利用光学成像原理使物和像都在同一平面上。 3、；高斯式自准直目镜（P16）、阿贝式自准直目镜（P16）、双分划板式自准直目镜（P17）三种自准直目镜的工作原理、特点。P15—p17（概念，填空或判断） 1高斯式自准直目镜缺点--分划板只能采用透明板上刻不透光刻线的形式，不能采用不透明板上刻透光刻线的形式，因而像的对比度较低，且分束板的光能损失大，还会产生较强的杂光。 2阿贝式自准直目镜---特点射向平面镜的光线不能沿其法线入射，否则看不到亮“+”字线像。阿贝目镜大大改善了像的对比度，且目镜结构紧凑，焦距较短，容易做成高倍率的自准直仪。 主要缺点：直接瞄准目标时的视轴（“+”字刻度线中心与物镜后节点连线）与自准直时平面 （a ）"+"字或"+"字 刻线分划板； （b ）分辨率板； （c ）星点板； （d ）玻罗板

光学三维形貌测量技术的分析和应用

－72－科技论坛 1概述 非接触光学投影式三维形貌测量技术是 获取物体表面形态特征的一种重要手段，是一 种逆向工程技术，亦称为反求工程(Reverse En- gineering)，简称RE [1]。由于这种三维形貌测量技 术具有速度快、分辨率高和非接触等优点而广 泛应用于工程设计、质量控制、医疗诊断和计算 机辅助制造等方面[2]。本文以相位测量轮廓术中 的光栅投影法为重点，介绍了其测量基本原理、 组成以及应用，研究了正弦光栅投影技术和数 字图像处理技术，并利用德国GOM 公司生产 的Advanced TOpometric Sensor 系列（简称 ATOS ）流动式光学扫描仪是对鼠标进行了测量 与分析。实验表明：三维光学形貌测量技术简单 实用、测量精度高、便于实现自动测量，是一种 较为理想的光学测量方法。 2相位测量轮廓术的基本原理 相位测量轮廓术的基本原理如图1所示。 D 点为投射系统出瞳中心，DO 为投影光轴。C 点为成像系统入瞳中心，CO 为探测光轴，设 DC=d 且与xoy 参考面平行。从D 点对E 点投 影位置本该落到B 点，但由于物体表面形状调 制的原因，在CCD 镜头上则成像于A 点。设 AB=S R (x ，y)，表示偏移量，则E 点的高度为 可见只要计算出偏移量，就能得到被测物体表面各点的高度，实现三维轮廓测量，具体计算是采用相移技术。将正弦光栅投影到待测物体表面上，并规定坐标原点O 处系统相位为零，采用四步相移技术，每步，利用 CCD 摄像机分别获得四幅畸变光栅条纹的光强，利用光强关系计算得到E 点相位。再利用光栅直接投影在参考面上的光强关系计算得到A 点相位[3]，它们相位差为若被测物高度远小于L ，则E 点高度，将其代入（2）式则有其中，是可通过对测量系统标定来确定的系数，进而根据相位差可得物体高度。3ATOS 流动式光学扫描仪原理ATOS 系列流动式光学扫描仪是目前国际市场上比较先进的三维扫描设备，该设备采用光栅投影相位测量轮廓技术。其测量系统主要由光学扫描仪和计算机等组成。ATOS 光学扫描仪由两个高分辨率CCD 数码相机和光栅投影仪组成。采用双CCD 的设计目的是实时监测扫描过程中由于振动和环境光线变化对测量精度造成的影响，从而确保扫描精度。由于采用流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术，务须移动光学扫描仪，其扫描范围可从10mm 到12m 。不同视角的测量数据依靠粘贴在工件表面上公共的参考点，可自动拼合在统一坐标系内，从而获得完整的扫描数据，对于被参考点覆盖而在工件表面留下的空洞，软件可根据周围点云的曲率变化进行插补[4]。光栅投影仪由光栅和微型步进电机组成。采用不同频率 的光栅分别对同一样品进行组合测量，再将测量得到的图像进行合成方法，可以大大提高检测的分辨率和精度。在ATOS 的光栅投影仪内封装的三组频率不同正弦光栅，刻划在同一玻璃基上，如图2所示。通过微型步进电机可随意切换这三组光栅，进行组合测量。4ATOS 的应用ATOS 系统的软件和硬件均采用模块化设 计，性能稳定，设备操作简单。图3是光栅在鼠标 上的投影，光栅条纹具有较大的光强，良好的景深，具有连续的强度分布及较好的正弦性。由于受鼠标表面形状变化的调制，基准光栅条纹在鼠标表面上产生了畸变，这些畸变条纹就包含了鼠标表面形状的三维信息。利用CCD 摄像机读取畸变条纹，并对图像进行相应的处理，可以得到有关条纹中心线的二维信息，然后根据相应的数学转换模型和重构算法对鼠标轮廓进行重构，得到被测鼠标表面的三维外形数据信息。图4是在鼠标上的投影条纹光强分布图，可以看出是典型的正弦分布。5总结 本文主要分析了基于相位测量的光栅投影 三维轮廓测量系统的基本原理，并以ATOS 流动式光学扫描仪为例详细介绍了光栅投影三维轮廓系统的正弦光栅投影技术和数字图像处理技术。并利用该设备对实际物体三维面形进行了测量，可以看出相位测量轮廓术具有结构简单、速度快，实用，测量精度高、测量范围大、抗干扰性强和可 在线实时测量等优点，是一种较为理想的光学测量方法。 参考文献 [1]V.Srinivasan,H.C.Liu,Maurice Halioua.Automated phase -measuring profilometry:a phase mapping approach.Applied Optics,1985,24(2):185-188.[2]潘伟,赵毅,阮雪榆.相移法在光栅投影测量中的 应用[J].应用光学,2003,24(4):46-49. [3]康新,何小元.基于正弦条纹投影的三维传感及 其去包裹处理[J].光学学报,2001,22(12):1444-1447. [4]任丹,吴禄慎.三维面形位相测量轮廓术的研究[J].南昌大学学报(工科版),2002,3(3):9-12.作者简介：姜洪喜（1976~），男，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，硕士，主要从事3D 物体形貌测量和光学梳状滤波器的研究。基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目：（编号11531330）；黑龙江省高等教育学会“十一五”规划课题：（编号H115-C729）；黑龙江科技学院青年基金项目：（编号07-16）光学三维形貌测量技术的分析和应用 姜洪喜任常愚李海宝任敦亮刘炳胜 （黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨150027） 摘要：介绍了光栅投影三维光学测量系统的原理、组成及应用。光栅投影法是将正弦光栅投影到被测物体表面上，由高精度CCD 摄像机摄取这些畸变条纹，并利用数字处理技术获得物体表面三维数据。该方法测量精度高、便于实现自动测量，是一种较为理想的光学测量方法。 关键词：三维形貌测量技术；光栅扫描；ATOS 系统 （1） （2） ,áS x y ,z x y 2 2,á??fS x y áááá ???????á（3） ,2L z x y k d f áá???á