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利用干涉原理测量精密零件表面的平整情况 摘要 目前测量物体表面平整度的方法主要有机械方法与光学方法2大类. 触针法是机械方法中的代表,具有的灵敏度和很高的横向分辨率, 而应用光学方法则是当相干光照射到精密零件同一位置时，由于光波的相互位相关系，将产生光波干涉现象，利用被测面和标准参考面反射的光束进行比较，对干涉条纹做适当变换，通过测量干涉条纹的相对变形来检测精密零件表面平整程度，运用光的干涉来测量精密零件表面平整度能很好的避测量工具划伤零件表面。 关键词：光的干涉，薄膜干涉，平整情况，干涉条纹 1、引言： 光的干涉［1-4］是光在传播过程中呈波动性的重要现象之一，1801年，杨氏双缝实验历史上第一次用实验显示了光的干涉现象，其设计构思的精巧之处在于从同一波阵面上取得了两个波源 随后，相继出现了很多了类似原理的实验装置 目前，相干光的应用已经遍及各个领域，如光相干探测相干光通信以及在遥感领域和军事领域上的应用等。 2、光的干涉原理及条件： 一般来说，光波的形式是复杂的 这里我们按平面简谐波处理 设两列点光源分别经过X1,X2距离后在空间P点处相遇，其振动方程为: ， ， 在P点叠加后， 由于光波的频率非常高，可见光的频率在1014Hz量级，其周期为10-14s量级，所以通常我们观察到的是一个长时间的平均效果。因此，我们定义的平均强度为： 而P点的光强为 从而： 其中 为两光波在相遇处的相位差，其随时间和空间位置的变化，进而引起光强的重新分布，从而决定了空间各点实际光强分布，θ为E1和E2振动方向的夹角当发生干涉时，干涉条纹可见度的公式为 由此可以得知发生光的干涉现象的必要条件条件是：频率相同，相差恒定，振动方向不垂直。 3、薄膜干涉测量精密零件平整情况： 其方法是在被检测平面上放一个透明的标准样板,并在一端垫一薄片,使样板的标准平面和被检查平面间形成一个楔形的空气薄层.用单色光从上面照射,人射光从空气层的上、下表面反射出两列光波,于是从反射光中就会看到干涉条纹.如果被测表面是平的,那么空气层厚度相同的各点就位于一条直线上,因此,产生的干涉条纹就是平行的;如果被测表面某些地方不平,那里空气层的厚度相同的各点不再位于一条直线上,因此，产生的干涉条纹就要发生弯曲。 如图(a)所示,若被检查的表面A是不规则的平面,则可在A上放一标准样板B，使其一端P相接触，另一端Q处垫一薄片，这样便在A、B两表面间得到一个空气的劈形薄膜。若薄膜很薄，光在薄膜表面的入射角又不大（通常我们采用单色光垂直入射）的情况下，等厚条纹定域在膜的表面，故眼睛注视薄膜表面就可看到等厚干涉条纹，通过观察干涉条纹形状来判断被检表面的缺陷，从而进行磨制以最终达到要求。 若观察到的等厚条纹是如图(b)所示的平行于尖劈棱边的等间距的直线条纹，则表明表面是精确的平面。观察到的等厚条纹是如图(c)所示有局部弯向棱边，这表明在工件表面的相应位置处有一条垂直于棱边的不平纹路，下面我们做以具体分析，我们知道，同一等厚条纹应对应相同的空气厚度，所以在同一条纹上，弯向棱边的部分和直的部分所对应的空气厚度应该相等。本来越靠近棱边膜的厚度应越小，而现在在同一条纹上近棱边处和远棱边处厚度相等，说明工件表面的纹路是凹下去的，即在工件表面有一垂直于棱边的凹痕。没凹痕的深度为△h，由图（c）可知 AD/AB=AE/AC，而AC为相邻干涉条纹对应的空气厚度之差，即为λ/2，而AE即使凹痕的深度△h，故a/b=△h/(λ/2)，即△h=(a/b)(λ/2)。 同理，若观察到的等厚条纹有局部远离棱边方向发生弯曲，如图（d）所示，则表明工件表面有一垂直于棱边的凸痕，凸起的高度应为：h=(a/b)(λ/2)。若观察到的条纹如图(e)所示，干涉条纹全部弯向棱边，这表明被检表面是一很接近平面的凹球面。对于这种情形，我们可以看作是图（c）所示的情形在整个工件表面的延展，其不平度即工件表面偏离平面的最大偏差，在这种情形下，也即是被检表面A中心凹下的深度△h=(a/b)(λ/2)。 相反，若观察到如图（e）所示的干涉条纹，条纹全部沿远离棱边方向发生弯曲，则被检表面是一很接近平面的凸球面。其凸起的高度△h=（a/b）（λ/2）。图（f）则被检表面是一很接近平面的凹球面，其凹陷的深度△h=（a/b）（λ/2）。 参考文献： ［1］姚启钧.光学教程第四版.高等教育出版社，2008. ［2］彭振生.光的相干条件［J］.宿州学院学报，2001,16. ［3］方兴.相干条件研究［J］.河南师范大学学报( 自然科学版) ，19