Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Линьков Александр Евгеньевич

Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом
<
Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Линьков Александр Евгеньевич. Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.07.- Санкт-Петербург, 2002.- 183 с.: ил. РГБ ОД, 61 02-5/1749-7

Содержание к диссертации

Введение

Глава I Дифракционные методы контроля геометрических параметров и пространственного положения объектов 7

1.1 Технические применения явления дифракции света 7

1.2 Современные дифракционные методы измерений 16

1.2.1 Измерение параметров цилиндров дифракционным методом 16

1.2.2 Измерение площади и определение формы отверстий 23

1.2.3 Измерение толщины покрытий 25

1.2.4 Измерение показателя преломления 28

1.2.5 Общее заключение по применению явления дифракции в измерительных методиках 29

1.3 Обобщенная схема дифракционных методов измерений 30

1.4 Классификация дифракционных методов измерений 32

1.4.1 Классификация по способу регистрации 32

1.4.2 Классификация по типу объекта, на котором происходит дифракция 35

1.4.3 Классификация по области применения 36

1.5 Выводы по главе 37

Глава II. Представление дифракционного метода контроля с позиций теории систем и интегральных преобразований в оптике ..38

2.1 Дифракционный метод асимметрии 38

2.2 Анализ распределения света за фазовым корректирующим устройством (ФКУ) 42

2.3 Функция светового возмущения в окрестности точек инверсии фазы частотного спектра контролируемого объекта 51

2.3.1 Анализ первичной дифракционной картины в плоскости фильтра ..51

2.3.2 Анализ вторичной дифракционной картины в плоскости регистрации 59

2.3.3 Анализ свертки по координате 64

2.3.4 Переход к интенсивности по координате 68

2.3.5 Анализ свертки по координате 71

2.3.6 Переход к интенсивности по координате 72

2.4 Выводы по главе 73

Глава III. Теоретическое исследование дифракционного метода асимметрии. Анализ поля - амплитуда, интенсивность 75

3.1 Параметры исследования 75

3.2 Исследование дифракционного распределения в зависимости от размера второй щели - 76

3.3 Исследование дифракционного распределения в зависимости от расстояния между плоскостями диафрагм -78

3.4 Исследование дифракционного распределения в зависимости от смещения спектра Т относительно щелевой апертуры вторичной диафрагмы 83

3.5 Обобщенный анализ по параметрам 87

3.6 Методы исследования 89

3.6.1 Разработка математической модели (ММ) для расчета и анализа светового распределения за второй диафрагмой (ММ № 1) 89

3.6.3 Численные примеры работы ММ № 1 98

3.6.4 Зависимость точностных характеристик метода от размера второй щели (2Ь), общий случай 102

3.7 Выводы по главе 104

Глава IV. Экспериментальные исследования 105

4.1 Методика экспериментальных исследований соответствия общей картины дифракционного распределения в плоскости регистрации теоретическому распределению интенсивности света 105

4.2 Методика экспериментальных исследований соответствия чувствительности и линейного диапазона измерений теоретическому расчету 109

4.2.1 Обоснование выбора параметров экспериментальной установки ...109

4.2.2 Схема включения позиционно-чувствительного фотодиода ФД-19- КК

4.2.3 Габаритный, точностной расчеты 114

4.2.4 Энергетический расчет, ММ № 2 116

4.2.5 Практические результаты 123

4.3 Выводы по главе 125

Глава V Инженерная методика расчета дифракционного автоколлиматора (ДАК) 126

Введение 126

5.1 Описание принципа действия ДАК. Аналитическая постановка задачи 126

5.2 Математическая модель ДАК (ММ № 3) 128

5.3 Техническое задание (ТЗ) на проектирование ДАК 132

5.4 Габаритный расчет 133

5.5 Выбор источника излучения. 134

5.6 Энергетический расчет, выбор приёмника излучения 136

5.7 Точностной расчет 138

5.8 Сборка и юстировка прибора 143

5.9 Сравнение с существующими аналогами 144

5. 10 Выводы по главе 148

Заключение 149

Список литературы 152

Приложение 1 158

Введение к работе

В настоящее время широкое применение находит математическое моделирование различных процессов и устройств в целях создания методик их расчета и анализа работы. Бурный рост этого направления обусловлен широкой доступностью средств моделирования, таких, как персональные компьютеры, сред визуального и объектно-ориентированного программирования, а также сред математических расчетов, специально адаптированных для инженеров и научных работников.

Перспективность такого подхода к решению указанных задач оправдана возможностью расчета необходимых параметров исследуемых процессов или устройств, математического моделирования их работы и, в конечном итоге, создания методик их расчета, отвечающих требуемым точностным характеристикам, без проведения физических экспериментов, что оправдано с экономической точки зрения.

Не составляют исключения и дифракционные методы измерений. Объектом математического моделирования в них могут служить оптические системы обработки измерительной информации.

Данные методы используют в своем принципе действия явление дифракции лазерного излучения на контролируемых объектах с последующим анализом светового распределения в дифракционных картинах. Как правило, анализируется распределение интенсивности. При этом в основу принципа действия этих методов положены измерение угловых или линейных расстояний между дифракционными экстремумами или определение интенсивности дифракционной картины в фиксированных точках.

Основная сложность реализации методов состоит в малой чувствительности в точках экстремумов распределения интенсивности излучения, так как чувствительность в этих местах близка к нулю. Для широкого класса объектов, точки минимумов в распределении интенсивности дифракционной картины соответствуют точкам инверсии фазы в их амплитудно-частотном спектре. Таким образом создав методику определения положения точек инверсии фазы в спектре амплитуды, можно не только повысить точность дифракционных измерений, но и расширить на этой основе их функциональные возможности.

Дальнейшие исследования в направлении повышения чувствительности, точности, упрощения аппаратуры для реализации дифракционного метода и расширения его функциональных возможностей выдвигают задачу по созданию оптической системы обработки информации (ОСОИ), в наиболее полной мере использующей амплитудно-фазовое распределение световых полей за контролируемыми объектами. Наиболее перспективными методами создания методик расчета такой системы, как уже говорилось, являются методы математического моделирования.

Поэтому целью работы являлось разработка и исследование комплексной математической модели преобразования световых полей при дифракционных измерениях и создание на ее основе алгоритмов измерения линейных и угловых величин дифракционным методом.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие основные задачи:

    1. Анализ и классификация существующих дифракционных методов контроля геометрических параметров и пространственного положения объектов.

    2. Оценка перспективности использования амплитудно-фазовой информации оптических сигналов при дифракционных измерениях.

    3. Разработка комплексной математической модели дифракционных измерений на основе представления их с позиций теории систем и интегральных преобразований в оптике.

    4. Моделирование физических процессов в оптических системах обработки информации (ОСОИ) для изучения последовательности преобразований в них световых полей.

      1. Разработка алгоритмов определения оптимальных параметров математической модели, удовлетворяющих требуемым точностным характеристикам метода.

      2. Создание экспериментального макета ОСОИ для проверки работы математической модели.

      3. Создание комплекса инженерных методик расчета ОСОИ для дифракционных измерений (габаритного, энергетического).

      4. Оценка перспективности расширения функциональных возможностей ОСОИ для создания дифракционных углоизмерительных приборов.

      Измерение параметров цилиндров дифракционным методом

      С помощью дифракционных методов можно контролировать не только размер изделия, но и его форму. Подобные исследования приведены в [4852].

      Перспективным методом контроля малых отверстий сечением от единиц до сотен микрометров является дифракционный. Он основан на измерении расстояния между минимумами интенсивности дифракционной картины или их средней пространственной частоты. В настоящее время этот метод получил распространение и при измерении тонких протяженных объектов типа щель, проволока, волокно и т.п.

      Использование дифракции для контроля отверстий в отличии от контроля тонких длинномерных изделий встречает дополнительные трудности, обусловленные спецификой образования дифракционной картины от объектов такого типа. В этом случае вид дифракционной картины более чувствителен к качеству и форме контура, так как дифракционное распределение уже является двухмерным и нельзя так же просто, как при измерении одномерных объектов, регистрировать интегральную величину интенсивности в пределах одной пространственной частоты. Кроме, того интенсивность в пределах одного радиального сечения дифракционного распределения примерно на 2-3 порядка меньше, чем в случае одномерного объекта, так как продифрагировавшее излучение уже не сосредоточено в пределах одного сечения. Сохраняется большой динамический диапазон изменения интенсивности между центральным и боковыми лепестками, что затрудняет работу фотоэлектрических преобразователей и электронного тракта обработки сигнала.

      Для круглого отверстия линии долин имеют вид концентрических окружностей. Наличие дефекта контура значительно изменяет их форму. Ширина дифракционных колец становится функцией угла и номера кольца, что при использовании для контроля произвольного сечения приводит к погрешности, а в отдельных случаях и к невозможности измерения вследствие сильного нарушения регулярности распределения.

      Уменьшить погрешность измерения можно путем усреднения результатов измерения размеров дифракционных лепестков. Методическая погрешность в этом случае не превышает десятых долей процента, а время измерения практически не увеличивается, что является следствием инвариантности усредненного дифракционного распределения.

      Однако интегрирование дифракционной картины не изменяет динамического диапазона распределения. Для его уменьшения и сужения полосы пропускания электронного тракта применяются различные методы. Наиболее просто реализуемыми в схемах дифракционных измерителей являются способы, использующие оптическую фильтрацию.

      При использовании бинарного фильтра достигается хорошее выравнивание дифракционного распределения. Пространственные характеристики дифракционной картины, такие, как координаты минимумов и ширина дифракционного кольца, практически не изменяются - ошибка составляет менее 0.01 %.

      Если говорить о практических результатах, то предложенный метод показал погрешность в 1% при измерении площади контролируемого отверстия с локальным дефектом. Погрешность измерения площади отверстия обычным способом составляет 10 %.

      Дифракционные методы измерения площади микроотверстий с диаметрами от 0,1 мм и выше позволяют осуществлять контроль и измерение геометрических параметров измеряемых объектов с точностью от 1% и ниже.

      Сущность метода [12,13] состоит в следующем (рис. 1.12). Пучок излучения Не-№ лазера непрерывного действия проходя через объект, протяженный по сравнению с длиной излучения Я, дифрагирует и образует за ним дифракционную картину, расстояния между интерференционными полосами в которой изменяются пропорционально изменению поперечных размеров объекта. Сначала измеряют диаметр микропровода (волокна), являющегося подложкой, затем наносят покрытие и снова проводят измерение. Толщину покрытия рассчитывают по формуле

      определяют диаметр провода до и после покрытия. Изменение диаметра вызывает смещение интерференционного максимума и изменение сигнала на регистрирующих устройствах 8, 16. Флуктуации мощности излучения нестабилизированного лазера, достигающие 15%, можно компенсировать с помощью третьего фотоприемника 5 и регуляторов 7, 12, сигнал с которых подают на дифференциальные схемы регистрирующих устройств 8, 16.

      Регистрация дифракционных максимумов не вызывает затруднений для образцов размерами более 5 мкм, поэтому погрешности измерений таких образцов не превышают 1-1,5 %. У образцов диаметром менее 5 мкм дифракционные максимумы расширяются и становятся размытыми. При размерах образцов, соизмеримых с длиной волны излучения, остается один растянутый центральный максимум, интенсивность которого с уменьшением размера образца монотонно убывает до нуля. Для измерения таких образцов авторами была использована специальная регулируемая щель, которая располагалась во второй ветви измерительной установки. Основными источниками погрешности измерений на лазерной установке являются: нестабильность электронной схемы регистрирующего устройства, освещенность помещения, чистота иммерсионной жидкости и кюветы, создающие дополнительное рассеяние излучения лазера, градуировка регулируемой щели. При измерении толщины эмалевых и медных покрытий на микропроводах диаметром более 20 мкм относительная суммарная погрешность превышает 1%. Авторы считают, что для диаметров 0,5 - 200 мкм предпочтение следует отдать дифракционному методу.

      Анализ первичной дифракционной картины в плоскости фильтра

      Предлагается подробно рассмотреть физику описанного в [47] явления, с тем, чтобы потом попытаться привнести рассмотренную методику измерений в другую область - область высокоточных линейных или угловых измерений. То есть произвести анализ всех факторов, влияющих на чувствительность метода.

      Сущность метода асимметрии заключается в том, что реперная ось образуется в результате дифракции лазерного луча на четырехсекторной фазосдвигающей пластине (рис. 1.5, 1.6). Лазерный луч из точки 5, пройдя фазовую пластину Р разделяется на четыре части, образующих на экране РВ дифракционную картину с двумя пересекающимися линиями нулевой интенсивности. Позади фазовой пластины Р любое поперечное сечение луча имеет две темные линии, в пересечениях которых проходит реперная ось. Для центрирования объектов на эту реперную ось вводится диафрагма РА с прямоугольным отверстием (рис. 1.6). На расстоянии С от РА на экране РВ регистрируется вторичная дифракция луча. Если центр диафрагмы находится точно на оси, эта вторая дифракционная картина на экране РВ точно симметрична и выглядит примерно так же, как и первая на экране РА. Распределение интенсивности излучения на экране РВ имеет четыре симметричных максимума, разделенных двумя линиями нулевой интенсивности. Смещение диафрагмы РА относительно оси луча вызывает характерную асимметрию дифракционной картины на экране РВ. Эта асимметрия увеличивается по мере смещения диафрагмы РА с оси. Таким образом, как величину, так и направление этого смещения можно измерять посредством наблюдения и сравнения интенсивности четырех максимумов РВ. Дифракционная картина регистрируется фотоэлектрическими датчиками, помещенными в РВ.

      Для определения чувствительности и точности асимметричного метода центрирования выведена аналитическая зависимость. где АI— разность интенсивностей двух главных максимумов (рис. 2.1, 2.2); 1о — максимальная интенсивность .в случае симметрии; АХ— смещение оси диафрагмы относительно оси лазерного луча; й — ширина прямоугольного отверстия диафрагмы; К — коэффициент чувствительности измерительной системы.

      Коэффициент чувствительности К зависит от расстояния между диафрагмой и фотоприемным детектором. Для случая, когда расстояние С=С12/4Х (первая зона Френеля), коэффициент К=13. При меньших расстояниях С коэффициент К может увеличиваться до 20.

      Если А1 1о, то линейная зависимость АШ0 нарушается и пользоваться формулой (2.1) нельзя. Такая ситуация возникает при слишком больших смещениях диафрагмы с оси луча.

      Метод асимметрии позволяет центрировать объекты и без применения диафрагмы РА, непосредственно по дифракционной картине помещением датчика на объекте контроля. В этом случае коэффициент К принимают равным 8. Ось системы может быть определена также лазерным источником 5 и неподвижным центром РА. Тогда фазовая пластинка не устанавливается перед лазером, а используется как третья точка, которая .может быть размещена в любом месте системы. Совпадение третьей точки с реперной осью имеет место в том случае, когда на РВ наблюдается симметричное распределение интенсивности излучения.

      Обычно фазосдвигающая пластинка состоит из четырех симметричных секторов, различающихся по толщине так, чтобы приводить к сдвигу волновых фронтов на Я/2. Независимо от своего положения фазовая пластинка может иметь любые размеры, так как, в соответствии с уравнением (2.1), нет прямой связи между шириной апертуры дифракции (фазовой пластинкой) и точностью центрирования. Однако при слишком малых апертурах, интенсивность, необходимая для центрирования, может быть недостаточна для регистрации фотоприемным устройством. При размерах щелевой апертуры, превышающих размеры первой зоны Френеля; интенсивность уменьшается.

      Метод асимметрии позволяет центрировать одновременно несколько объектов (рис. 2.2), расположенных на одной оси. В этом случае вместо диафрагм применяют зеркала Му, М2, , ... , которые размещают на пути лазерного луча под углом 45. Зеркала М7 и М2 отражают лазерные лучи на расположенные сбоку экраны РВ] и РВ2 , образуя соответствующие дифракционные картины. Таким образом, зеркало центрируется на реперной оси, если отраженное распределение интенсивности является симметричным.

      Согласно уравнению (2.1) точность метода асимметрии не зависит от расстояния до мишени. Однако имеется критическое расстояние, при котором помехи воздушного тракта превышают измеряемую разность интенсивностей Л1. Влияние турбулентности атмосферы может быть снижено модуляцией излучения с частотой порядка 10 кГц.

      Для центрирования применяют обычные гелий-неоновые лазеры, работающие в одномодовом режиме, с симметричным распределением интенсивности в луче по Гауссу. При больших расстояниях центрирования необходимо излучение коллимировать и пропускать его через пространственный фильтр, который устраняет искажение лазерного пятна и создает идеальное симметричное распределение интенсивности излучения.

      Исследование дифракционного распределения в зависимости от расстояния между плоскостями диафрагм

      Чувствительность устройства при изменении размера в пределах 50-20 мкм имела величину от 2 до 10 мксек мкм. В исследуемом устройстве погрешность измерения длительности импульса составляла ± 1 %, что определялось в основном шумами электронной части устройства и нестабильностью двигателя. Поворот изделия в плоскости, перпендикулярной лазерному пучку, в пределах ±6 при указанной погрешности измерения тоже не оказывал влияния на результат измерения.

      Проведенное исследование установило возможность измерения и контроля малых значений диаметра проводов и волокон с точностью не хуже 1 % при значительных пространственных смещениях изделия в процессе измерения и послужило основой создания лазерного дифракционного оптико-электронного прибора для точного автоматического измерения диаметра проводов и волокон.

      Авторы [11, 27] считают, что вышеописанный метод является наиболее точным из существующих, однако его можно улучшить. Способ увеличения точности основан на исключении неинформативной части сигнала дифракции, уменьшающей разрешение прибора. Этот способ повышения точности измерений реализуется на практике диафрагмированием неинформативной части сигнала. Для этого измеряемый цилиндр следует расположить не в свободном пространстве, а в оконтуривающей диафрагме (рис. 1.8).

      В предлагаемой схеме (рис. 1.9) диаметры измеряют по балансной схеме сравнением сигналов от образцового 12 и контролируемого 6 цилиндров, которые располагают в виньетирующих диафрагмах 13 и 5 образцового 10 и контрольного 8 каналов. Излучение лазера 9 формируется коллиматорами 7, 11 и освещает цилиндры, сзади которых расположены Фурье преобразователи 4, 14 изображений цилиндров, светоделители 3, 15 и фотоприемники 19, 21 анализатора изображений 20, осуществляющего сравнение пространственных сигналов - фурье-изображений двух цилиндров. Вторые части сигналов после светоделителей 3, 15 поступают на Фурье-преобразователи 2, 16 спектральных сигналов с фотоприемниками 1, 17, подключенными к анализатору спектра 18. Блоки 20 и 18 включены, таким образом по балансной схеме. При симметричном расположении цилиндра в диафрагме анализатор изображений 20 формирует сигнал управления, поступающий на анализатор спектра 18, изменяющий положения минимумов дифракционных картин образцового 12 и контролируемого 6 цилиндров. Для увеличения точности и надежности измерений диаметр цилиндра 6 определяют как среднее арифметическое из результатов измерений в обеих плоскостях (изображения и спектральной). Неинформативная часть оптического поля устраняется размещенными в обоих каналах 8 и 10 (между коллиматором и трансформатором изображения) оконтуривающими диафрагмами.

      Выделение информативной части сигнала оконтуриванием контролируемого цилиндра диафрагмой приводит к дополнительному повышению точности измерений в два раза по сравнению со случаем измерения уединенного цилиндра.

      Однако, вышеописанные методы позволяют контролировать детали, диаметр которых не превышает нескольких микрометров [ 19]. В связи с этим предлагается другой дифракционный метод измерения диаметра цилиндрических деталей, применение которого целесообразно в случае, если измеряемый диаметр принимает значения порядка 10... 103 мм. Существенным отличием метода является то, что измеряется не сам диаметр, а расстояние между поверхностью детали и базовой опорной полуплоскостью, расположенной в плоскости осевого сечения детали, перпендикулярно направлению распространения световой волны.

      Оптическая схема, с помощью которой может быть реализован предлагаемый метод, показана на рис. 1.10. ьетиб Г Авторы предлагают вычислять радиус цилиндра Я при известной ширине щели а, путем анализа периодичности дифракционного изображения щели, образованной поверхностью контролируемой детали и базовой поверхностью, так как существует однозначная зависимость между периодом осцилляций интенсивности светового поля от Я и а.

      Оценка точности предлагаемого метода производилась экспериментальным путем при помощи автоматизированной системы для фотометрирования световых полей на базе ПЗС-приемника изображения и мини-ЭВМ М-6000. Межбазное расстояние Ь устанавливалось при помощи прецизионного координатного стола и контролировалось микрометром с абсолютной погрешностью ± 1 мкм. Результаты проверки точности метода в зависимости от радиуса Я заготовки и межбазного расстояния Ь представлены на рисунке 1.11.

      Обоснование выбора параметров экспериментальной установки

      Регистрация дифракционных максимумов не вызывает затруднений для образцов размерами более 5 мкм, поэтому погрешности измерений таких образцов не превышают 1-1,5 %. У образцов диаметром менее 5 мкм дифракционные максимумы расширяются и становятся размытыми. При размерах образцов, соизмеримых с длиной волны излучения, остается один растянутый центральный максимум, интенсивность которого с уменьшением размера образца монотонно убывает до нуля. Для измерения таких образцов авторами была использована специальная регулируемая щель, которая располагалась во второй ветви измерительной установки.

      Основными источниками погрешности измерений на лазерной установке являются: нестабильность электронной схемы регистрирующего устройства, освещенность помещения, чистота иммерсионной жидкости и кюветы, создающие дополнительное рассеяние излучения лазера, градуировка регулируемой щели.

      При измерении толщины эмалевых и медных покрытий на микропроводах диаметром более 20 мкм относительная суммарная погрешность превышает 1%. Авторы считают, что для диаметров 0,5 - 200 мкм предпочтение следует отдать дифракционному методу. Дифракционные методы контроля нашли применение и для измерения показателей преломления прозрачных сред. В [18] предлагается следующий Лазерный световой пучок 1 пропускается через пустую кювету 2 и дифрагирует на щели шириной Ь, образованной двумя полуплоскостями 3, смещенными на расстояние к. Объектив 4 формирует на экране 5, расположеном в его фокальной плоскости, дифракционную картину. Как видно из рисунка, распределение освещенности в дифракционной картине имеет асимметричный характер, при этом расстояния между экстремальными точками правой части увеличиваются, а левой уменьшаются по сравнению с дифракционной картиной от плоской щели той же ширины Ъ, Про погрешность измерения показателя преломления данным способом авторы говорят, что метод «обладая теми же погрешностями, что и традиционные рефрактометрические методы, позволяет существенно упростить процесс измерений, повысить пространственное разрешение, обеспечить необходимый уровень светового сигнала в анализируемой плоскости, что особенно важно при разработке автоматизированных средств контроля градиентных оптических сред. Существующие измерительные методики, основанные на явлении дифракции позволяют также еще измерять и скорость. Данные методики оказались удобными при измерении скорости микрочастиц, движущихся с большими скоростями, но обладающих при этом малым размером. Общее заключение по применению явления дифракции в измерительных методиках Рассмотрены основные дифракционные измерительные методы, находящие в данный момент времени применение в промышленности. Диапазон применимости дифракционных методов контроля, исходя из рассмотренных в обзоре методов составляет 0,5-500 мкм, если перевести это в длины волн, это составит 31-5001 [52]. Точность определения размера таких объектов дифракционным методом составляет величину от 0,8 до 15%, в зависимости от измерительной схемы и способа регистрации. В среднем погрешность определения размера дифракционным методом составляет 1%. Основной вклад в погрешность измерения вносит регистрирующий блок. То есть погрешность возникает за счет потери информации в регистрирующем блоке. картины при известном расстоянии от Каждый из рассмотренных параметров вносит свой вклад в формирование дифракционной картины. Дифракционные методы контроля, как правило, решают обратную задачу, то есть по полученной дифракционной картине, а точнее ее характеристикам (например параметру V) вычисляют параметры исследуемого образца (Ь), на котором дифрагирует свет, или другие характеристики (2, Л). И несмотря на то, что способов применения явления дифракции в измерениях много, способы регистрации полученного распределения ограничены рассмотренными вариантами. Анализ приведенных здесь и других дифракционных методов контроля позволяет классифицировать их по нескольким признакам, что согласуется и с другими источниками [4,9,10,34-36, 64]. Вышерассмотренный обзор дифракционных измерительных методик можно классифицировать по следующим параметрам: I. Классификация по способу регистрации. II. Классификация по типу объекта, на котором происходит дифракция. III. Классификация по области применения. Возможности дифракционных измерителей в сильной степени зависят от выбора регистрируемых параметров дифракционного распределения, по которым судят об измеряемом размере. В зависимости от вида регистрируемых параметров дифракционные способы измерения можно разделить на следующие группы: 1. Определение интенсивности дифракционной картины в фиксированных точках (Рис. 1.16 точки А или В). 2. Измерение угловых или линейных расстояний между дифракционными экстремумами, (например, между максимумами одного порядка) (Рис. 1.16 расстояние Ь). 3. Измерение расстояния от измеряемого объекта до плоскости регистрации при постоянном расстоянии между экстремумами дифракционной картины (Рис. 1.15 расстояние Z). 4. Регистрация амплитудно-фазового распределения. Методы, использующие в своем принципе работы фазовую информацию оптических сигналов, в конечном итоге требуют регистрации интенсивности (стр. 8). В данную группу входит всего один метод - дифракционный метод асимметрии. Измерительная схема представлена на (рис. 1.6).

      Похожие диссертации на Разработка математических моделей и исследование алгоритмов измерений линейных и угловых величин дифракционным методом