在現(xiàn)代精密製(zhì)造與(yǔ)計量領(lǐng)域，對(duì)工件內外徑(jìng)的(dí)非(fēi)接觸(chù)，高精度(dù)，快速(sù)測(cè)量需求日益(yì)增(zēng)長。藍(lán)色(sè)測徑儀，以其較好(hǎo)的測(cè)量(liáng)精(jīng)度，穩定性(xìng)以(yǐ)及對不同材質(zhì)工件良好(hǎo)的(dí)適應性(xìng)脫穎(yǐng)而(ér)出。與(yǔ)傳統的激光測(cè)徑(jìng)儀不(bù)同，其核(hé)心光源采用(yòng)特(tè)定波長的藍(lán)色激光。這並(bìng)非單(dān)純出(chū)於(yú)外(wài)觀考量，而是(shì)基於(yú)深刻(kè)的光(guāng)學物理原理。理解其(qí)從光子發射(shè)到精確尺寸計算的全過(guò)程(chéng)，是(shì)掌握(wò)其(qí)性能(néng)邊界，進行(háng)科學選型與精準(zhǔn)測量的(dí)理(lǐ)論(lùn)基礎，也是將其(qí)從(cóng)一(yī)台先進(jìn)設(shè)備升華為(wéi)可靠(kào)計(jì)量(liáng)工(gōng)具的關鍵。
光學(xué)原(yuán)理(lǐ)：藍色激光的優勢與光(guāng)信號(hào)調(tiáo)製(zhì)
藍(lán)色測(cè)徑(jìng)儀的核(hé)心(xīn)在(zài)於激(jī)光(guāng)掃(sǎo)描測(cè)量法。其(qí)光學(xué)係(xì)統(tǒng)的(dí)起(qǐ)點是一個高穩(wěn)定性(xìng)的藍色半導體(tǐ)激(jī)光器(qì)。藍色光(guāng)波長較短，通常(cháng)在(zài)四(sì)百零五納米(mǐ)至四百五十(shí)納(nà)米之間。相較於常(cháng)見的(dí)紅色激(jī)光，藍(lán)色激光具(jù)備幾個關(guān)鍵(jiàn)優勢(shì)：首(shǒu)先(xiān)是(shì)更(gēng)小(xiǎo)的(dí)衍(yǎn)射極(jí)限(xiàn)，根據光的(dí)衍(yǎn)射(shè)原理，波長(cháng)越短，光(guāng)束可被(bèi)聚(jù)焦(jiāo)得(dé)越(yuè)細小，從(cóng)而(ér)形成更銳(ruì)利的(dí)光斑(bān)，理(lǐ)論(lùn)上(shàng)可(kě)獲得(dé)更(gēng)高(gāo)的空間(jiān)分辨(biàn)率(shuài)和測量精度(dù)，特別(bié)適合測量微(wēi)小(xiǎo)尺寸(cùn)或陡(dǒu)峭(qiào)邊緣。其次(cì)，更(gēng)高的(dí)光子能量(liáng)使(shǐ)其在部分材料表麵具(jù)有(yǒu)更好的反射(shè)與散(sàn)射(shè)特性(xìng)，尤其(qí)對黑色(sè)，高吸(xī)收(shōu)性材(cái)料，藍色激光的(dí)反射信號(hào)往往(wǎng)比紅光更強，信(xìn)噪比更(gēng)高，從而(ér)提(tí)升測(cè)量穩定性。
激(jī)光器(qì)發(fā)出的(dí)光束，首先通過一(yī)組光(guāng)學透(tòu)鏡(jìng)被(bèi)準直和整形，形(xíng)成一(yī)條極細(xì)，能量分(fēn)布均匀的(dí)“光刀”。之(zhī)後(hòu)，光束(shù)照射(shè)到一個高(gāo)速(sù)旋轉的多(duō)麵棱(léng)鏡上。棱鏡的(dí)旋轉(zhuǎn)，使“光刀”在空間中(zhōng)沿一個方向進行匀(yún)速，綫性的高(gāo)速掃(sǎo)描(miáo)，掃描(miáo)頻(pín)率(shuài)可達(dá)每(měi)秒數千(qiān)次。這束(shù)掃(sǎo)描激(jī)光穿(chuān)過(guò)測(cè)量(liáng)區域(yù)，形(xíng)成一(yī)個虛擬的(dí)，高頻(pín)率(shuài)的(dí)“光幕”。當待測工(gōng)件(jiàn)置於(yú)此(cǐ)光幕中(zhōng)，便(biàn)會(huì)遮擋(dǎng)住(zhù)部(bù)分(fēn)光束。
測量係統：精密的(dí)光(guāng)電轉(zhuǎn)換(huàn)與時(shí)間測(cè)量
係(xì)統(tǒng)的另一(yī)核心是光(guāng)電探(tàn)測器，通常是(shì)一(yī)個高靈(líng)敏(mǐn)度的光(guāng)電二(èr)極管或(huò)陣列(liè)，與(yǔ)激(jī)光發(fā)射(shè)器(qì)嚴(yán)格對向(xiàng)布(bù)置。在無遮(zhē)擋(dǎng)時，掃(sǎo)描光束(shù)被(bèi)探測(cè)器持續接收(shōu)，產生連續的(dí)信號(hào)。當掃描光束被工(gōng)件邊(biān)緣(yuán)阻擋(dǎng)時(shí)，探(tàn)測(cè)器(qì)接收到的光(guāng)信號(hào)會產生一個陡峭(qiào)的(dí)下(xià)降(jiàng)沿(yán)；當(dāng)光束掃(sǎo)過工件(jiàn)，從(cóng)另一(yī)側(cè)出現時(shí)，信(xìn)號(hào)產生(shēng)一個上(shàng)升(shēng)沿(yán)。這(zhè)兩(liǎng)個(gè)邊沿之間的時間間(jiān)隔，精確(què)對應了(liǎo)光束(shù)掃過工(gōng)件直徑(jìng)所需的時間(jiān)。
測量(liáng)係統的精(jīng)度核心在於(yú)對時(shí)間(jiān)的精密(mì)測量(liáng)。儀器(qì)內(nèi)部的高(gāo)速時鐘(zhōng)電路(lù)，以較(jiào)高(gāo)的時(shí)間(jiān)分辨率(shuài)記錄下(xià)光束(shù)被(bèi)遮擋的起(qǐ)始(shǐ)和結束(shù)時刻。由(yóu)於多麵(miàn)棱鏡的轉速(sù)是已知且恒定(dìng)的，掃描速度也就(jiù)恒定。因此(cǐ)，工件(jiàn)的直(zhí)徑(jìng)可(kě)通過一(yī)個(gè)簡(jiǎn)單的公式計算得出：直徑=掃(sǎo)描速(sù)度×遮擋時間。掃(sǎo)描速(sù)度由棱鏡(jìng)轉速(sù)和(hé)光學係(xì)統(tǒng)的放大(dà)倍率(shuài)共(gòng)同決定(dìng)，並在出廠前經過嚴格(gé)校(xiào)準(zhǔn)。
係統集成(chéng)與誤差補(bǔ)償
整個(gè)係統(tǒng)被集(jí)成在一個(gè)高(gāo)剛性的(dí)機(jī)械結(jié)構(gòu)中，以(yǐ)抵(dǐ)御(yù)環(huán)境(jìng)振動(dòng)。內(nèi)部(bù)通常(cháng)集(jí)成了溫度傳(chuán)感器，用(yòng)於實時(shí)補償(cháng)因(yīn)熱脹冷縮引起(qǐ)的(dí)微小(xiǎo)形(xíng)變。先進的儀(yí)器(qì)還具備(bèi)自(zì)動邊(biān)緣檢(jiǎn)測(cè)算法，以修(xiū)正因(yīn)工件(jiàn)表(biǎo)麵(miàn)粗(cū)糙，傾斜或(huò)材質引(yǐn)起的(dí)信(xìn)號畸(jī)變。從藍色(sè)激光(guāng)的(dí)精準發射(shè)，到高速(sù)掃描的時空轉(zhuǎn)換，再到(dào)皮(pí)秒級(jí)時間(jiān)差(chà)的測量與補(bǔ)償(cháng)，藍色(sè)測(cè)徑(jìng)儀(yí)將一個幾何尺(chǐ)寸(cùn)的(dí)測量(liáng)，轉化(huà)為對(duì)光與(yǔ)時間(jiān)這一(yī)基本(běn)物理量(liáng)的精密計量(liáng)，從(cóng)而實(shí)現(xiàn)了微(wēi)米(mǐ)甚至亞(yà)微(wēi)米級的測量(liáng)性能(néng)。
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