一種測量透明球形空腔容器厚度的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學測量技術領域，設及一種利用光場干設對透明球形空腔容器厚度 實現(xiàn)非接觸式無損測量的方法。
【背景技術】
[0002] 目前，生活及工業(yè)中主要的測厚方法有直接測量法、霍爾效應測厚法、超聲波測厚 法、相位法等。
[0003] 直接測量法就是利用直尺、游標卡尺、測量顯微鏡、螺旋測微器等直接對物體的厚 度進行測量。一般適用于厚度在幾十微米量級W上且表面平整的非封閉型物體。
[0004] 霍爾效應測厚儀主要利用鋼珠和探頭進行厚度測量，將鋼珠置于物體一側，用探 頭在物體另一側進行測量。當鋼珠距離探頭距離最近時，即鋼柱置于尖端中央時，磁場強度 最大，通過霍爾效應傳感器對探頭尖端到鋼珠的距離進行測量。該能夠實時顯示物體厚度 的變化。
[0005] 超聲波測厚一般分為兩種情況；第一種情況是利用超聲波脈沖測厚。主要原理是 通過測量超聲波脈沖在介質(zhì)兩表面反射的時間差，即通過測量超聲波脈沖在介質(zhì)中往返一 次的時間，進而求得介質(zhì)厚度；第二種情況是超聲波諧振式測厚。超聲波通過介質(zhì)時，將在 介質(zhì)的兩個表面發(fā)生反射并產(chǎn)生相位差。由于相位差的存在會導致回波干設現(xiàn)象，因此通 過分析超聲波回波干設信號，就能夠得到介質(zhì)的厚度。
[0006] 相位法測厚就是利用物體兩個表面反射光波的相位差對厚度進行測量。當一束光 垂直于物體表面入射時，假設物體在測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。對光束的頻率進行調(diào)制，并通過一臺測相 儀對其相位差進行測量，就可W求得物體的厚度。
[0007] 但是，直接測量法測量局限性比較大，并且不夠精確?；魻栃獪y厚儀不適用于封 閉型的球形空腔容器。超聲波測厚需要添加額外裝置和輔助型液體等。相位法設及到調(diào)頻 技術，不容易實現(xiàn)。
[000引與上述幾種方法相比，本方法既能實現(xiàn)透明球形空腔容器厚度的非接觸式無損測 量，又不需要其他輔助裝置，具有結構簡單、便于操作的優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了彌補現(xiàn)有測厚技術的不足，提供一種基于干設原理的透明球 形空腔容器厚度的測量方法。本發(fā)明是根據(jù)光波的干設原理，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)生干設圖案，并通過理論計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系式，從而確定透明球形空腔容器厚度。為了達到上述目的，本發(fā)明 的技術方案是：
[0010] 一種測量透明球形空腔容器厚度的方法，包括由氮氛激光器、擴束系統(tǒng)、半透半反 鏡、小孔光闊、載物臺、接收屏、測量導軌組成的測量系統(tǒng)，W及透明球形空腔容器樣品，該 測量方法的具體步驟包括：
[0011] 第1、打開激光器后，對光束進行調(diào)平保證其與抗震臺表面平行，并通過擴束系統(tǒng) 對光束進行擴束；
[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條紋圖樣，同時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)測量導軌，記錄干設環(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系式求得透明球形空腔容器厚度。
[0015]W上所述的測量系統(tǒng)中，氮氛激光器作為光源；擴束系統(tǒng)由兩個透鏡組成，將光束 擴束W便增大干設區(qū)域；半透半反鏡用于實現(xiàn)光路的轉折，同時便于接收垂直入射光束的 反射光；小孔光闊用于濾除強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 物臺上，其內(nèi)、外表面的反射光產(chǎn)生干設；接收屏用于接收干設圖樣；導軌用于測量環(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應的入 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] 直接測量法、霍爾效應測厚法均不能應用于全封閉型或接近全密封型透明球形空 腔容器；超聲波測厚需要輔助液體；相位法的實現(xiàn)比較困難。
[0020] 與上述方法相比，光學干設測量技術有著很大優(yōu)勢。一方面，該方法不僅可W實現(xiàn) 透明球形空腔容器厚度的無損測量，測量精度高，結構簡單，容易操作，彌補了W上方法在 測厚方面的不足。另一方面，W此為基礎，很容易測出容器的厚度分布，從而增強了本方法 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時光線分布的示意圖。
[0023] 圖3為光線相交于容器外表面時光線分布的示意圖。
[0024] 圖4為垂直入射時光線入射及出射方向的示意圖。
[0025] 圖5為測量系統(tǒng)的結構示意圖。
[0026] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
【具體實施方式】
[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，兩個極限情況分別為；光線 4與5相交于無窮遠、光線5與6相交于容器外表面。
[0029] 如圖2所示，當分別經(jīng)內(nèi)、外表面的反射