激光檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介及其進(jìn)展
激光技術(shù)用于檢測(cè)工作主要是利用激光的優(yōu)異特性,將它作為光源,配以相應(yīng)的光電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它具有精度高、測(cè)量范圍大、檢測(cè)時(shí)間短、非接觸式等優(yōu)點(diǎn),常用于測(cè)量長(zhǎng)度、位移、速度、振動(dòng)等參數(shù)。
在光電檢測(cè)領(lǐng)域,利用光的干涉、衍射和散射進(jìn)行檢測(cè)已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。由泰曼干涉儀到莫爾條紋,然后到散斑,再到全息干涉,出現(xiàn)了一個(gè)個(gè)干涉場(chǎng),物理量(如位移、溫度、壓力、速度、折射率等) 的測(cè)量不再需要單獨(dú)測(cè)量,而是整個(gè)物理量場(chǎng)一起進(jìn)行測(cè)量。自從激光出現(xiàn)以后,電子學(xué)領(lǐng)域的許多探測(cè)方法(如外差、相關(guān)、取樣平均、光子計(jì)數(shù)等) 被引入,使測(cè)量靈敏度和測(cè)量精度得到大大提高。由于光纖能控制光束的傳播路徑,光纖技術(shù)的出現(xiàn)使光調(diào)制方法增多,接收更為方便,同時(shí)它能進(jìn)入物體內(nèi)部,擴(kuò)大了測(cè)量范圍,提高了測(cè)量精度,甚至可以事先鋪設(shè)在各種建筑物內(nèi)部,作實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制等。光纖激光器具有非常高的電光轉(zhuǎn)換效率,其光束質(zhì)量無(wú)與倫比,在光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
在激光技術(shù)發(fā)展過(guò)程中,利用ccd 圖像處理技術(shù),可以提高測(cè)量信噪比,并擴(kuò)大測(cè)量范圍,目前其正全面改造著傳統(tǒng)的光學(xué)測(cè)量方法;因其高的分辨率,可以直接用于物體外部尺寸、輪廓以及位移和有關(guān)物理量的測(cè)量。由于圖像具有非常高的信息量,特別是彩色ccd,在遙感技術(shù)和光纖傳感技術(shù)中也得到普遍應(yīng)用。利用光與物質(zhì)的相互作用,如激光致超聲、激光熱效應(yīng)等新的探測(cè)方法,在無(wú)損檢測(cè)中也得到廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異, 新的檢測(cè)方法還會(huì)不斷出現(xiàn)。
激光檢測(cè)技術(shù)屬于非接觸式測(cè)量技術(shù),與接觸式測(cè)量方法相比,具有限制更少、效率更高、不損傷測(cè)量表面、不易受被測(cè)對(duì)象表面狀態(tài)影響等優(yōu)點(diǎn),因此高精度的激光檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到精密、超精密加工中。超精密加工技術(shù),其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)、納米級(jí),在高技術(shù)領(lǐng)域和軍用工業(yè)以及民用醫(yī)療工業(yè)中都有大量需求。就國(guó)防工業(yè)而言, 如人造衛(wèi)星用的姿態(tài)軸承和遙測(cè)部件、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)彈慣性儀表、激光陀螺儀的平面反射鏡、紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈反射鏡等,其表面粗糙度均要求微納米級(jí), 需要高精度激光檢測(cè)技術(shù)。而非球面作為超精密加工中的重點(diǎn)和難點(diǎn),其加工和檢測(cè)技術(shù)引起了各個(gè)國(guó)家的高度重視。目前,非球面的高精度檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備由日美和歐盟國(guó)家掌握,同時(shí)鑒于在信息處理、通信、生物、醫(yī)療、地面和空間技術(shù)、制造業(yè),尤其是國(guó)防上的巨大應(yīng)用前景,國(guó)外已對(duì)中國(guó)實(shí)行技術(shù)保密和技術(shù)封鎖。如果一直從國(guó)外引進(jìn)相關(guān)先進(jìn)設(shè)備,一是受到許多限制,二是會(huì)永遠(yuǎn)落后于別人,不利于我國(guó)制造工業(yè)的發(fā)展。聯(lián)系《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》,在激光檢測(cè)技術(shù)學(xué)科方面,我認(rèn)為,激光非球面檢測(cè)技術(shù)應(yīng)作為重點(diǎn)攻關(guān)方向之一。
2 激光非球面檢測(cè)技術(shù)
長(zhǎng)期以來(lái),非球面檢測(cè)技術(shù)一直制約著非球面制造精度的提高,尤其對(duì)于高精度非球面的檢測(cè)。常規(guī)的非球面檢測(cè)方法如刀口陰影法、激光數(shù)字干涉法及接觸式光柵測(cè)量法等,對(duì)于檢測(cè)工件表面來(lái)說(shuō)都有一定的局限性。
原子力顯微鏡是利用納米級(jí)的探針固定在可靈敏操控的微米級(jí)尺度的彈性懸臂上,當(dāng)針尖很靠近樣品時(shí),其頂端的原子與樣品表面原子間的作用力會(huì)使懸臂彎曲,偏離原來(lái)的位置。根據(jù)掃描樣品時(shí)探針偏離量或其它反饋量重建三維圖像,就能間接獲得樣品表面的形貌圖。