雷射測長技術

利用雷射單色性和方向性好的特性測量長度的長度計量技術。常用的方法有干涉法、掃描法、光強法和準直法等。

干涉法　利用光波干涉現象精密測長的方法。兩束具有相同頻率、相位和振動方向的光波S1、S2,經過不同的光程後在空間相交。當光程差等於波長整倍數時，波峰與波峰相遇疊加，光亮加強，出現亮的干涉條紋；當光程差等於半波長的奇倍數時，波峰與波谷相遇，光亮減弱，出現暗的干涉條紋。這種現象稱為光波干涉現象（圖1）。利用干涉法測量位移的原理(圖2a)是：從光源發出的光，經分光鏡分為兩路。一路透過分光鏡射向可動反射鏡Μ1,另一路由分光鏡反射到固定反射鏡Μ2，並分別從Μ1和Μ2反射回來，經過分光鏡疊加在接受屏上。每當Μ1移動1/2波長時，接受屏上的干涉條紋就會出現一次由暗到亮或者由亮到暗的變化。計算這些明暗變化次數就可以計算出Μ1的移動量。利用這一原理測量位移的光學系統稱為邁克耳遜干涉系統。雷射干涉儀就是用這個系統來測長的。

雷射測長技術

雷射測長技術

此外，干涉法還可用於平面度測量和微量變形測量。後者是通過全息照相實現的(圖2b)。由雷射器發出的光束經分光鏡分為兩路。一路經反射鏡1反射後成為參考光束射向感光膠片,另一路經反射鏡2反射後射向被測物,再由被測物反射後也射向感光膠片。此光束和參考光束在感光膠片上疊加後產生干涉圖樣。干涉圖樣的形狀反映被測物反射光束與參考光束的相位差，從而反映被測物表面幾何形狀相互位置的關係。干涉圖樣的明暗對比程度反映被測物光的強弱(振幅的平方)。這樣，被測物反射光波的全部信息就被記錄下來。這種記錄被測物光全部信息的膠片即稱為全息照片。用雷射照射全息照片，就能再現被測物光的立體圖象。對被測物在不載入和載入變形條件下雙重曝光全息照相後，可根據全息照片上的干涉圖樣計算出變形量，也可根據干涉條紋的異常變形分析出被測物的內部缺陷。
掃描法　利用雷射方向性好這一特性形成的細光束掃描工件,測量工件的外徑或厚度（圖3）。雷射器發出的光束經準直透鏡和迴轉的透明四面稜體周期性地掃描工件外徑，當掃描至工件邊緣時,即被遮住。此時光電轉換元件發出信號,電子計數器開始計算與四面稜體同軸安裝的圓光柵副發生的莫爾條紋數,直至雷射束掃描至工件另一邊緣,光電轉換元件發出計數終止信號為止。所得莫爾條紋總數經過當量轉換後即得到被測外徑值。也可利用其他方法，例如由音叉諧振產生雷射束掃描運動和利用計時脈衝作為計數頻率等。

雷射測長技術

雷射測長技術

光強法　利用雷射方向性好的特性和反射光束的光強變化測量表面粗糙度和表面缺陷等。圖4為測量表面粗糙度的原理。雷射束以一定的入射角射向被測表面。當測量高光潔表面時，可得到較大的反射光強。當測量低光潔表面時，反射光強減小，散射光強增加。把光電轉換元件（光電池組）安放在接受反射光強和散射光強的位置，就可以把接受到的光強信號（常採用反射光強與散射光強的比值）轉換為電信號。與從表面粗糙度樣塊或樣品所測得的電信號對比後，即可計算出被測表面粗糙度值。此法適宜於測量表面粗糙度數值較小的工件，同理也可以測量表面缺陷如劃傷、裂痕等。光強法還可以用於測量微小位移等。
準直法　利用雷射方向性好的特性，採用光學準直系統使雷射束成為一理想光學直線，進行直線度測量等。
除上述方法外，還可利用光學衍射現象測量細絲和小孔（通孔），利用都卜勒效應（見雷射干涉儀）測量直線位移和角位移等。