莫尔测试技术(李子忠,6121203010).

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1、 李子忠 61212030102022-5-312莫尔条纹技术莫尔条纹技术概述200年前法国丝绸工人发现将两块薄绸子叠合在一起,当上下两层绸子作相对运动时,经纬线交错,在阳光照射下产生绚丽的花纹,当薄绸子相对移动时,花纹也跟着晃动、变化。形成一种飘动的水波花样,当时便称此为莫尔条纹(Moire Fringe)在工程上的应用上世纪五六十年代原因1采用照相技术制造黑白相间的计量光栅实现了廉价和成批制造;2发展了莫尔信号的电子细分技术目前应用测长测角定位等等机床仪器应用很广还可实现自动跟踪轨迹控制变形测试三维轮廓测试等2022-5-313长光栅莫尔条纹播放动画播放动画在莫尔测试技术中，通常利用两块光

2、栅（称做光栅付）或光栅的两个像的重叠产生莫尔条纹，以获取各种被测量的信息。2022-5-3142022-5-315 莫尔条纹技术莫尔条纹技术莫尔条纹及其基本规律 莫尔条纹的形成，实质是光通过光栅时光的衍射和干涉的结果。在不同场合，可以有多种解释方式。几何光学原理如果所用的光源为非相干光源，光栅为节距较大的黑白光栅，光栅付栅线面之间间隙较小时，通常可以按照光是直线传播的几何光学原理，利用光栅栅线之间的遮光效应来解释莫尔条纹的形成，并推导出光栅付结构参数与莫尔条纹几何图形的关系。2022-5-316 莫尔条纹技术莫尔条纹技术 几何光学原理N=0 N=1N= -1 N=0 N=1a) 节距不同b)

3、栅线方向不同 0 N= 4 3 2 12022-5-317 莫尔条纹技术莫尔条纹技术 几何光学原理X 莫尔条纹的几何关系P1P2 WYa)YABD CEb)cos221222121PPPPPPW )2/sin(2)cos1 (2PPWPW 2022-5-318 莫尔条纹技术莫尔条纹技术衍射原理单纯利用几何光学原理，不可能说明许多在莫尔测量技术中出现的现象。例如:在使用相位光栅时，这种光栅处处透光，它对入射光波的作用仅仅是对其相位进行调制，然而，利用相位光栅亦能产生莫尔条纹，这就不可能用栅线的遮光作用予以说明。当使用细节距光栅时，在普通照明条件下就很容易观察到彩色衍射条纹。两块细节距光栅叠合形成

4、的莫尔条纹中，往往会出现暗弱的次级条纹，这些现象必须应用衍射原理才能解释。在莫尔测量技术中用到的光栅自成像现象也是无法用几何光学原理解释的。2022-5-319 莫尔条纹技术莫尔条纹技术衍射原理1）光栅付的衍射G1G210-1(-1,0)(0,-1)(0,0)(1,-1)(0,1)(1,0)(1,1)(1,2) 双光栅的衍射级2）衍射光的干涉光栅付衍射光有多个方向，每个方向又有多个光束，它们之间相互干涉形成的条纹很复杂，行成不了清晰的莫尔条纹，可以在光栅付后面加透镜L，在透镜的焦点处用一光阑只让一个方向的衍射光通过，滤掉其它方向的光束，以提高莫尔条纹的质量。G1f(-1,0)(-1,1)(0,

5、0)(0,1)(1,0)图7-4 衍射光的干涉G22022-5-3110 莫尔条纹技术莫尔条纹技术2）衍射光的干涉 衍射原理在同一方向上的光束中，由于它们的衍射级次不同，相位和振幅不同，它们相干的结果仍很复杂。通常光栅低级次衍射的光能量要比高级次的大得多，因此实际应用中常选用衍射级序数r=1的一级组工作。至于在一级组中，两相干衍射光束的选定则应按照“等效衍射级次”最低的原则确定。所谓等效衍射级次是指每一束光两衍射级次绝对值之和。衍射级次越低则光能量越大。例如在r=1的一级组中，（0,1）和（1,0）这两束光的能量最大，为一级组中的主要分量，一级组的干涉图样主要由此两分量相干决定。2022-5-

6、3111莫尔条纹的应用莫尔条纹的应用 莫尔轮廓术又叫莫尔等高线法，是1970年由Meadow和H. Takasaki（高崎宏）首次提出的一种新型的、非接触的三维物体面形测量方法。其基本原理是利用一个基准光栅与投影到三维物体表面上并受物体表面高度调制的变形光栅叠合形成莫尔条纹，并根据莫尔条纹图形分布规律推算出物体表面轮廓形状的全场测量方法。现已广泛用于医学上的人体检测以及汽车、造船、制鞋、服装等工业的立体曲面测量中。2022-5-3112一、阴影莫尔法一、阴影莫尔法（实体光栅照射法）（实体光栅照射法）相交光线与视线之间隔开的光栅缝数称为序数同一序数的明点与光栅平面的距离相等N1h1N2h2202