[浅谈物理学中阴影莫尔测试方法的原理]莫尔圆的物理意义
摘要：随着时代的发展，集成电路成为势不可挡的发展趋势。检测问题被越来越多的人关注，传统的光学机械测量方法已经不能适应现代要求。本文在论述莫尔测量原理的基础上，通过参量法总结莫尔轮廓测量法，并在实际操作中加以说明。
关键词：莫尔测试法 物理教学 光电三维 轮廓测量
一、研究课题的意义和背景
光电三维面行测技术是现代的高科技成果，它是在激光技术、视频技术、电子技术、信息与图像处理技术、干涉计量技术、精密仪器等技术的基础上的一项新测量技术。物体三位轮廓、变形、震动、位移等参量的方法测量，以其非接触、无损、高精度、高灵敏度以及现实自动测量等优点，被广泛的应用于航空、航汽、航海、机器制造等领域。由于光学测量的诸多好处，从上世纪六七十年代研究这就在运用各种各样的方式进行检测，一度检测的手段不断的涌现。
最早光电三维测量技术是采用的人工测量方法，这种方式非常的慢，信息的获得也很难全面。于是人们开始研究提高测量精度的传感探头，也就有了光栅元件传感器的三维坐标测量机，它的测量范围可达到2000×200×800毫米，测量的精度可以达到几十微米到几微米。这个年代人们开始用激光探头代替原有的机械探头，虽然这中改进有了一定的进步，但是远远不能达到最小化误差的要求，在人们的不断探索中，发展到一种基于粗光栅阴影莫尔测量技术，这种技术可以测量出物体表面的凸凹面，最早报道是在1874年，直到1970年提出莫尔等高线法，莫尔测量技术引起了高度的重视。接着一批学者发表了一下关于测量技术和设备的论文，从而让莫尔技术走向了实用化的方向迈进。例如，医疗、解剖、放射、口腔、汽车模型、单晶硅片等。莫尔技术虽然带来了一定进步但还是存在一些缺陷，在图形自动分析上还是不那么完美，上世纪80年代以后，莫尔测量方面进行了很多研究，研究的重点主要的图形的大量数据与计算机处理速度之间的矛盾，从最初的PC-XT到Pentium2，速度提高了上百倍，莫尔技术向更精确使用的角度转变。
二、莫尔条纹的产生
莫尔结构条纹图是指两个周期性光栅结构叠加在一起，在一定条件下，叠加图包括新结构图，会产生一个新的周期结构图，通常这个新的结构图不原来的要大，容易观察这个新的图像就称为莫尔条纹图，用来表述莫尔条文的方程称为莫尔条纹方程。莫尔条纹图可分为相干型莫尔条纹和不相关型莫尔条纹图，在激光技术中，一些莫尔图通过光学滤波可以获得。根据结构的叠加方式，叠加可以分为和型和积型条纹。
从生成莫尔条纹的几种方式入手，分结构间平行和有一定夹角两种情况，较全面而详细地研究了影响此种莫尔信息的几种因素――频率、相位、幅值、背景光强、结构间夹角等。得出了正确应用莫尔信息的一般原则。
三、阴影莫尔测量
莫尔轮廓主要有阴影莫尔和投影莫尔，由于投影莫尔要两个光栅，很多研究主要倾向于直接分析投影在物体上的变形广场，而不是分析莫尔条纹图。莫尔测量简单，实用性强，可根据测量对象不同，采用不同参数的数据结构系统。虽然在发展过程中也发现了其他的测量方法，如三角测量法、立体测量法等方法，但对阴影莫尔测量始终都没有停止过，事实证明该方法有一定的优势和发展空间。
四、阴影莫尔的原理
阴影莫尔是利用光栅阴影和光栅本身形成的莫尔图来测量的，可以用几何公式来解释。设c为无限长的光源，光栅平行与线光源。
从c点发出的光线通过光栅到达投影平面形成亮线，在观察d点，能看到亮线，同一序数的亮点，在处于离开光栅相同距离的平面上，同一序数点连接成弦是离开光栅同一深度的等高线，称为莫尔等高线。条纹深度可以由从c发出的光线，由于不同的物体凸凹程度，在物体表面就形成了变形光栅，从d点可以来观察光栅的变化，有了基本光栅和变形的光栅形成的莫尔条纹等高线，相应的通过计算就能得到条纹深度。
阴影莫尔法原理制做的三维形状测量仪在实际生活中的应用，主要设置有光栅、设置光栅移送部、光束分离器部、光栅照射第一照明、或者使通过光栅被反射的测量对象物的反射图、成像区、控制区、分别对成像中学的各个部分进行设置，形成的反射图像是由多个摄像部摄像时接受反射图像以测量对象的三维形状，根据对象的形状控制多高照明部和接通和关闭。这个装置，更详细的说明了，可以用这个装置测量三维的形状。投影三维测量装置A部，工作台D、投影B处、旋转I处、成像F处、控制G处、G处控制，主要是控制整个装置三维形状的测量，为了更精确的测量三维图像，在操作中利用成像b拍摄的反图像对测量物C的三维形状进行测量，为了测量对象物C的三维形象，将物体对象C移送到测量的位置，工作台D由固定装置E上，测量对像C的驱动机H,在固定装置的E上面有投影B,旋转I和成像F，这是用来测量物体被移动上的装置对其进行的三维形状的测量。摄像K主要有光源L和光栅移动机构M组成、投影透镜N和过滤器O组成。在操作的过程中将光源L,产生的光通过投影光栅M、N、O等投影，在测量对象C的一方照射光栅，光栅的光照映射在测量对象C2上，为了让成像F对反射的图像进行摄像，在这里成像F，主要由透镜N和K组成。成像F测量照射在对象物C2上的光栅，为了让成像C2对测量对象C的另一个影像进行测量，只能让投影B顺时针转动，为了能让投影M旋转，在投影M的下方设置旋转I2，这里的I2是由支撑件P和旋转I3组成。在P上的一侧有一个贯穿P1的槽，在I3的另一侧有另一个槽P3,这是为了在M产生的光栅图像能够照射到像物C上。通过上面是试验可以发现，三维形状的测量还存在以下问题，必须根据测量对象的形状将投影的部分来回，进行三维的立体测量，对于不规则的图像处理将会更加繁琐。另外，现有的投影莫尔法三维测量装置由于光栅的位置在投影上面。因此，还存在必须根据投影的设置个数，在投影上设置光栅和移送光栅的光栅设备问题。
五、总结
集成电路的应用范围和生产，是当今医疗、军事、工业、农业等最为普遍使用的，虽然工业生产集成电路在一定程度上依赖于成品率，随着技术的进步，传统测量方式必将被代替，提高产品的效率和精确度，也将成为我们奋斗的目标。阴影莫尔测量法将提供一个可靠、精确、高效的自动化测量设备，虽然在本次设计中解决了一些问题，但还是有很多不足之处，希望通过本次研究进一步加深对莫尔三维测量的认识，在未来的道路上继续探索。
参考文献：
[1]郝煜栋，赵洋，李达成.光学投影式三维轮廓测量技术综述[J].光学技术，1998，（5）.
[2]赵宏.复杂廓形的三维光电测量技术理论及应用[D].西安：西安交通大学，1995.