微孔测量系统

　　一、引言

　　随着现代科学技术和工业技术的迅速发展，采用传统的光学机械测试方法已不能满足要求.激光和计算机技术的出现与发展及两者有机的结合为新的测试技术开辟了一条新途径.

　　1972年加拿大国家研究所首次提出了激光衍射测量方法，即利用激光衍射条纹的变化来测量几何量的方法，它具有简单、快速、精密及经济等优点。

　　激光衍射法测量几何量，其实质是对衍射条纹的空间光强分布及其对应的空间位置进行判定.我们用激光作为光源、CCD作为光电转换器件，采用自行设计的与CCD同步转换的高速数据采集系统，将其输出信号用微机进行处理，使之成为一种光机电一体化的通用性很强的精密测量系统.在需要进行高精度非接触光学测量的领域里，有着广泛的应用价值。

　　二、激光衍射测孔的原理

　　平面光波照射通孔时，其夫琅和费衍射像是中心为一圆形亮斑，外面环绕着明暗相间的环形条形.这种环形衍射像称为爱里圆，其中心亮斑称为爱里斑，如图1所示.

　　爱里圆的光强分布由圆函数的傅里叶变换给出.当用图1所示的坐标时，圆函数表达式为:

　　式中，a为被测微孔半径.

　　F，的的傅里叶变换给出观察屏上任一点P的振幅分布为:

　　P点的光强分布为:

　　式中，J，(u)为一阶贝塞尔函数，其中:

　　I。为观察屏上0点的光强。

　　三、测量系统原理

　　邀光衍射法测量微孔的原理如图2所示。用He一Ne激光束照射在被测微孔上，在距孔L处，用CCD接收衍射图像，然后对衍射图像进行必要的处理，得到微孔孔径。

　　对应于各级暗环(亮环)有:

　　u/2二=m，m为常数。

　　对应关系如下表:

　　将式(4)简化为:

　　因为此时8很小，则Sins岛tgs。

　　当m=O时，为爱里斑中心;当m=O，818，1.339，1.850，…时，为各级亮环的半径气，则

　　如用Xk表示K级暗环的直径，而用D表示被测圆孔的直径，则式(6)为

　　由式(8)看出，只要测得K级暗环的直径，就可算出被测孔直径D，

　　这样一来，将测量微孔直径的问题，变为通过CCD测暗环直径XK和微孔到CCD像面距离L的问题.

　　标定L的方法很多，测定及是用自行设计的高速数据采集系统。CCD输出的视频信号经数据采集系统变换成数字量存入TP801的内存，然后用单板机进行处理，即可求出被测孔径.