激光衍射法在精细金属丝直径测量中的应用.pdf

激光衍射法在精细金属丝直径测量中的应用 陈雪鹏 (法国赛飒测控仪器有限公司上海代表处200031) 摘要描述了激光衍射法的基本原理、应用特点，并与其它激光测试法如激光扫描法、激光投影法的特性加以比 较。对于超微细线，激光衍射测径仪具有明显的优势，其性能稳定，测量下限可达5pm，可重复性最低可达 0．Olftm，在线测量时不受细线振动的影响。 关键词激光；衍射；金属丝线；浏径仅 ofLaserDiffractiontoDiameter Application MeasurementofFineMetalWire Chen Xuepeng (FranceCersa—MCI 200031) ShanghaiRepresentativeOffice AbstractTodc龇rihethe and c}laracteri鲥csofIaserdiffractionmethod。mdc。mpa咒dthecharac· principleapplication teristicswiththatofotherslasermeaaurementmethodssuch∞lasermethodandhser laser scarming proiection．The diffractionFoeasLirl!instrumenthasobvious for is diameter advantagesmeasuringmicrowire，its stable， supper property wh㈣mo．．asilre10wlimiti to to baffectedfinewirevibration∞llm— up 5vm．therepeatability拓down by O．01vm．it sur(!ORline． Inessureiastrument Keywords[aser；diffraction；mesalwire；diameter 在超微细线的生产过程中，传统的测量仪由于受到基本原理的影响．测试范围达不到十几、甚至几微米 的区域，采用称重法比较麻烦，且以细线截面为严格的标准圆为前提条件。激光衍射法可广泛用于测量生产 线上直径微小和极微小的丝线，如钢帘线用细钢丝、微细不锈钢丝绳用钢丝、钨丝、铜丝和不透明IR轻纤 维。 1激光衍射法基本原理 激光衍射基本原理图是由于材料切线作用，光线偏离产生了衍射现象。当细小的丝线被置于准直单色 激光源时，在丝线直径的两侧就会出现对称效果，就像两束新相干光源，产生出与丝线垂直的衍射条纹。条 纹的周期是由丝线的直径决定的，如图l所示。 注意到条纹完美的对称性和规律性，这使测量结果极为精确，从图2、图3这两个典型衍射信号频谱图 可以看出，条纹的频率与丝线的直径成正比。 光学系统将条纹信号集中在线性CCD传感器上。由于衍射现象和光学系统，传感器信号不受丝线位置 的影响，只要丝线和传感器的面相互垂直。所有丝线分离出的射线、反射和衍射在同一角度方向上，集中在 CCD传感器的相同位置。当丝线振动时，条纹信号的位置和条纹周期将不改变，如图4所示。 由图可知：所有平行光线聚焦于点A，平行光经过细线表面后产生的衍射光以相同的角度汇聚于传感器 的相同位置点B。