基于双频激光干涉技术的轴径测量原理的研究

　　1　引　　言

　　在大型机器制造中,零件的尺寸精度是保证重大技术装备制造质量的重要因素,大型轴孔类零件直径的高精度测量是急需解决的技术难题。测量方法有机械法、光学法及其它方法。机械法原理简单,成本低,但精度低。光学法为非接触式,无磨损,无变形,精度高。其它方法如气动法、超声法等,受工件表面粗糙度影响较大,线性范围小,且精度不高,测量范围有限,在实际　　中应用较少[1～2]。

　　2　测量原理

　　图1为双频激光干涉仪的光学系统原理图[3～4]。将氦氖激光器1置于一轴向磁场中,激光谱线分为两个幅值相同、方向相反的左、右旋圆偏振光。两支光的频率f1和f2相差为1.5MHz左右。处在激光的可拍频差之内。f1和f2的圆偏振光通过λ/4波片后,形成两个振动方向互相垂直的线偏振光,经分光镜参考光束被反射,经45°放置的检偏器产生拍频为(f1-f2)的“拍”。该信号由光电管接收并转换为电信号,进入前置放大器后送计算机处理;另一大部分光透过分光镜,沿原方向射向偏振分光镜。互相垂直的频率为f1和f2的偏振光,在分光面上分别被反射和透射至参考镜和测量镜,再返射回分光面处汇合。由测量镜返回的偏振光由于多普勒效应,频率变为f=f1+Δf,其中Δf=2vf1/c,v为测量镜移动速度,两支光汇合后,经棱镜反射到45°放置的检偏器产生“拍”,信号由光电管接收,经前置放大器后送计算机处理。将两路信号同步相减,得出多普勒频差Δf。在时间t内与被测长度对应的多普勒频差为计数器计得的脉冲数k。

　　式中:k——由计数器测得的脉冲数

　　上式表明,只要测得计数器的脉冲数,就可以测得被测的轴径D。

　　3　激光准直技术

　　计数器计脉冲数时,需要有信号控制计数器开始计数和停止计数,此信号由准直系统提供,激光准直的工作原理为由氦氖激光器发射出激光作为系统准直的基础,光电目标靶为准直系统的接收装置,目标靶的中心为四象限的硅光电池,成对的光电池分别接入差动放大器,运算电路根据上下或左右偏移量的大小输出一定的电信号,此信号再驱动一个机械传动装置使光电接收靶回到光准直方向,从而可实现自动准直方向和自动导向的控制,完成自动对准。

　　4　实验和结论

　　把被测工件按如图2所示的方式用定位块固定在工作台上,每个定位块上都固定有一个光电目标靶,测量时,用准直系统对定位块1上的光电目标靶1进行瞄准,瞄准后,输出一个控制信号使工作台开始运动,双频激光干涉系统计数器开始计数,当瞄准定位块2上的光电目标靶2时,计数器停止计数,由计数器读数得到的测量值是定位块上两光电目标靶之间的距离。经几何计算即可得到被测轴径值。对同一横截面进行多次测量。调整不同横截面进行多组测量,得到多组数据,最后求平均值。用HP5526A型双频激光干涉仪对直径1000mm的工件进行试验,试验结果列于表1中。