一種測(cè)量透明球形空腔容器厚度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種利用光場(chǎng)干設(shè)對(duì)透明球形空腔容器厚度 實(shí)現(xiàn)非接觸式無損測(cè)量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，生活及工業(yè)中主要的測(cè)厚方法有直接測(cè)量法、霍爾效應(yīng)測(cè)厚法、超聲波測(cè)厚 法、相位法等。
[0003] 直接測(cè)量法就是利用直尺、游標(biāo)卡尺、測(cè)量顯微鏡、螺旋測(cè)微器等直接對(duì)物體的厚 度進(jìn)行測(cè)量。一般適用于厚度在幾十微米量級(jí)W上且表面平整的非封閉型物體。
[0004] 霍爾效應(yīng)測(cè)厚儀主要利用鋼珠和探頭進(jìn)行厚度測(cè)量，將鋼珠置于物體一側(cè)，用探 頭在物體另一側(cè)進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)鋼珠距離探頭距離最近時(shí)，即鋼柱置于尖端中央時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度 最大，通過霍爾效應(yīng)傳感器對(duì)探頭尖端到鋼珠的距離進(jìn)行測(cè)量。該能夠?qū)崟r(shí)顯示物體厚度 的變化。
[0005] 超聲波測(cè)厚一般分為兩種情況；第一種情況是利用超聲波脈沖測(cè)厚。主要原理是 通過測(cè)量超聲波脈沖在介質(zhì)兩表面反射的時(shí)間差，即通過測(cè)量超聲波脈沖在介質(zhì)中往返一 次的時(shí)間，進(jìn)而求得介質(zhì)厚度；第二種情況是超聲波諧振式測(cè)厚。超聲波通過介質(zhì)時(shí)，將在 介質(zhì)的兩個(gè)表面發(fā)生反射并產(chǎn)生相位差。由于相位差的存在會(huì)導(dǎo)致回波干設(shè)現(xiàn)象，因此通 過分析超聲波回波干設(shè)信號(hào)，就能夠得到介質(zhì)的厚度。
[0006] 相位法測(cè)厚就是利用物體兩個(gè)表面反射光波的相位差對(duì)厚度進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)一束光 垂直于物體表面入射時(shí)，假設(shè)物體在測(cè)量位置前后兩表面平行，那么兩表面反射光波的相 位差就是光束經(jīng)過物體內(nèi)部往返一次的光程差。對(duì)光束的頻率進(jìn)行調(diào)制，并通過一臺(tái)測(cè)相 儀對(duì)其相位差進(jìn)行測(cè)量，就可W求得物體的厚度。
[0007] 但是，直接測(cè)量法測(cè)量局限性比較大，并且不夠精確。霍爾效應(yīng)測(cè)厚儀不適用于封 閉型的球形空腔容器。超聲波測(cè)厚需要添加額外裝置和輔助型液體等。相位法設(shè)及到調(diào)頻 技術(shù)，不容易實(shí)現(xiàn)。
[000引與上述幾種方法相比，本方法既能實(shí)現(xiàn)透明球形空腔容器厚度的非接觸式無損測(cè) 量，又不需要其他輔助裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、便于操作的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有測(cè)厚技術(shù)的不足，提供一種基于干設(shè)原理的透明球 形空腔容器厚度的測(cè)量方法。本發(fā)明是根據(jù)光波的干設(shè)原理，利用透明球形空腔容器內(nèi)、外 表面反射光的相干疊加產(chǎn)生干設(shè)圖案，并通過理論計(jì)算得出反射光的條紋圖案和透明球形 空腔容器厚度之間的關(guān)系式，從而確定透明球形空腔容器厚度。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明 的技術(shù)方案是：
[0010] 一種測(cè)量透明球形空腔容器厚度的方法，包括由氮氛激光器、擴(kuò)束系統(tǒng)、半透半反 鏡、小孔光闊、載物臺(tái)、接收屏、測(cè)量導(dǎo)軌組成的測(cè)量系統(tǒng)，W及透明球形空腔容器樣品，該 測(cè)量方法的具體步驟包括：
[0011] 第1、打開激光器后，對(duì)光束進(jìn)行調(diào)平保證其與抗震臺(tái)表面平行，并通過擴(kuò)束系統(tǒng) 對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束；
[0012] 第2、使光束通過半透半反鏡，調(diào)節(jié)半透半反鏡使激光束垂直入射到透明球形空腔 容器樣品；
[0013] 第3、保持接收屏與入射光線垂直，使透明球形空腔容器內(nèi)、外表面的反射光經(jīng)半 透半反鏡后在接收屏處形成干設(shè)條紋圖樣，同時(shí)保持入射光束與接收屏上記錄條紋位置等 局；
[0014] 第4、調(diào)節(jié)測(cè)量導(dǎo)軌，記錄干設(shè)環(huán)形條紋半徑，并根據(jù)反射光的條紋圖案和透明球 形空腔容器厚度之間的關(guān)系式求得透明球形空腔容器厚度。
[0015]W上所述的測(cè)量系統(tǒng)中，氮氛激光器作為光源；擴(kuò)束系統(tǒng)由兩個(gè)透鏡組成，將光束 擴(kuò)束W便增大干設(shè)區(qū)域；半透半反鏡用于實(shí)現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)折，同時(shí)便于接收垂直入射光束的 反射光；小孔光闊用于濾除強(qiáng)度較弱的邊緣光束和雜散光；透明球形空腔容器樣品置于載 物臺(tái)上，其內(nèi)、外表面的反射光產(chǎn)生干設(shè)；接收屏用于接收干設(shè)圖樣；導(dǎo)軌用于測(cè)量環(huán)形條 紋的半徑。
[0016]W上第四步中反射光的條紋圖案和透明球形空腔容器厚度之間的關(guān)系式為
其中h為透明球形空腔容器厚度，N為所得兩條圓形條紋所對(duì)應(yīng)的入 射角和它們之間間隔的條紋數(shù)目，n為玻璃容器介質(zhì)層的折射率，i為入射角。
[0017]W上所述的接收屏與入射光方向垂直。
[001引本發(fā)明的有益效果是：
[0019] 直接測(cè)量法、霍爾效應(yīng)測(cè)厚法均不能應(yīng)用于全封閉型或接近全密封型透明球形空 腔容器；超聲波測(cè)厚需要輔助液體；相位法的實(shí)現(xiàn)比較困難。
[0020] 與上述方法相比，光學(xué)干設(shè)測(cè)量技術(shù)有著很大優(yōu)勢(shì)。一方面，該方法不僅可W實(shí)現(xiàn) 透明球形空腔容器厚度的無損測(cè)量，測(cè)量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，彌補(bǔ)了W上方法在 測(cè)厚方面的不足。另一方面，W此為基礎(chǔ)，很容易測(cè)出容器的厚度分布，從而增強(qiáng)了本方法 的功能拓展性。
【附圖說明】
[0021] 圖1為入射光線經(jīng)內(nèi)、外表面反射的示意圖。
[0022] 圖2為光線相交于無窮遠(yuǎn)時(shí)光線分布的示意圖。
[0023] 圖3為光線相交于容器外表面時(shí)光線分布的示意圖。
[0024] 圖4為垂直入射時(shí)光線入射及出射方向的示意圖。
[0025] 圖5為測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 如圖1所示，Cl為容器內(nèi)表面，C2為容器外表面。入射光線1、2、3代表入射激 光光束。由于激光的方向性非常好，所W理論上可W認(rèn)為入射光線1、2、3為平行光線。OA、 0B、0C為容器內(nèi)、外表面不同入射位置的法線。介質(zhì)層的折射率為n。入射光線I經(jīng)過外表 面折射后進(jìn)入介質(zhì)層，又經(jīng)內(nèi)表面反射后從外表面折射形成出射光線5。入射光線2經(jīng)容器 外表面反射成為反射光線4。入射光線3經(jīng)外表面反射后成為反射光線6。
[002引入射光線1與法線OA夾角為i，即入射角為i，則折射角為i'。法線OA與OC夾 角為9,法線OA與OB夾角為0/2,經(jīng)過簡單的幾何計(jì)算可W得出光線4與光線5平行，即 只有弧BC上的入射光線形成的反射光線才能夠與光線5相交，兩個(gè)極限情況分別為；光線 4與5相交于無窮遠(yuǎn)、光線5與6相交于容器外表面。
[0029] 如圖2所示，當(dāng)分別經(jīng)內(nèi)、外表面的反射