激光直线度测量仪设计

　　1 引言

　　机器和仪器的质量和性能受到零件尺寸、形状和位置等几何要素的影响,形状误差是表征零件形状的重要几何要素.直线度作为形状误差的要素之一,直接影响仪器精度、性能、质量.针对目前直线度测量方法对零件测量时存在的问题,我们研究的新型直线度测量仪实现了对直线度的测量.本课题的目的在于,设计一种直线度测量仪,在满足精确性和经济性要求的前提下,实现对直线度的测量,为直线度的测量提供一种高效准确的测量仪,从而提高实际测量的工作效率和准确性.

　　2 系统设计原理

　　2.1 激光束准直、扩束,光强分布均匀化系统设计原理

　　用双透镜系统对激光束进行准直,使光束束腰在无穷远处,光斑大小随Z的变化基本不变.对激光束扩束,减小光束能量密度以适应PSD的响应上限(能量密度过大会损害器件).在准直、扩束系统与PSD间置一光阑,限制光斑的大小.

　　用到一个望远镜系统.M=f2/f1是两个透镜L2和L1的焦距之比,是二透镜间的几何距离1Δ=f1+f2-d称为望远镜的光学间隔或失调量.高斯光束参数分别记为:

　　在L1后方的束腰处:q10、ω10、θ10,腰距s10;在L1的后焦面处:q1i、ω1f、R*1;在L1前方束腰处:q1i、ω1i,腰距s1i;在L2后方的束腰处:q20= q1i、ω20=ω1i,腰距s20;在L2前方的束腰处:q2i、ω2i、θ2i,腰距s2i1.

　　Δ=0,调焦望远镜系统属此情形.

　　将其代入得:ω2i= Mw10,s2i= M(f1+f2)-M²s101

　　上两式确定了经望远镜系统变换后,像方腰斑X2i、腰距s2i与物方腰斑X10、腰距s10以及望远镜焦距f1、f2之间的关系.当使用倒装望远镜系统时,f2>f1,即M>1,可使高斯光束扩束M倍.这时光束发散角被压缩M倍.

    (1)

　　光束的准直距离增大M2倍.当s10=f1时,由s2i= M(f1+f2)-M²s10式,得s2i=f2.即当物方高斯光束的腰斑在第一个透镜的后焦面上时,像方高斯光束的腰斑在第二个透镜的前焦面上.

　　为使光束分布均匀,要用透过率呈反高斯分布的光学元件使光斑的径向强度分布为一矩形,实现光束径向强度的均匀化分布.吸收滤光镜是在平凹透镜和平面镜组合的空腔部分充满吸收介质形成的.吸收介质的折射率与透镜和平面镜材料的折射率相同.高斯激光束经准直透镜变成平行光后,再通过吸收滤光镜.设吸收介质的吸收系数为5,平凹镜的曲率半径为R,盛吸收介质的空腔的半径为a,当a远远小于R时,与吸收滤光镜的光轴相距r处的介质厚度

  (2)

　　式中为吸收滤光镜介质的中心厚度.

　　在r处,介质的透过率