一种微球球径测量的新方法

　　球小轴作为液浮陀螺仪中一种重要的支承件,它与宝石轴承相配合其尺寸设计的精度要求相当高而且需求量大。为了达到较高的配合精度,往往选择配作方法,分别对球小轴球头的球径和宝石轴承孔的孔径测量,这时测量精度就直接决定了配合精度,所以采用一种高精度快捷的方法就显得尤为重要。另外球头部位的表面光洁度要求也相当高,不能有划伤,所以测量时就不能使用较大的测量力,因为较大的测力会划伤球头表面,影响陀螺仪性能和寿命,故只能采用微测力式或非接触式的高精度测量方法才能满足上述要求。

　　由于球小轴球头的球径仅SΦ0.6,对于测量这种微球径,传统的球径仪和三坐标测量机由于受测量空间及测量力大小的限制已无能为力。我们在工作中采用干涉显微镜测量球径,它的特点是无测力,精度高,但缺点是操作繁琐,效率低下。通过不断实践和反复摸索,本文作者设计了一种正切机构式的比较测量装置,较好地解决了上述问题,现将两种方法介绍如下。

　　1　干涉显微镜测量球径

　　采用干涉显微镜测量球径属于典型的非接触式测量。这种方法设计巧妙,不会划伤表面,但仅适合单件小批量的测量场合。

　　首先用三等量块拼合出一个高度差为0.6的台阶,将SΦ0.6球头放在较低量块上,用干涉显微镜比较出球头高点与量块的高度差。当把它们放入物镜中,球头会在目镜中形成一个干涉环,由于球头高点与量块有一个微小高度差,其零次干涉带会与量块零次干涉带形成若干个干涉带的间隔,这时可用白光先标出位置,然后用单色光数出两者零次干涉条纹的间隔数。并用下列公式计算出球小轴球径。

　　球径=(0.6±0.00027n) mm

式中:正负号由量块与球头的高度差方向决定;n为球小轴与量块零次干涉带条纹间隔数;0.00027为单色光(绿光)的二分之一波长。

　　这种方法出现较早,目前已有较多实际应用。在实际测量中,当球径与标准量块尺寸相差过大,会造成球径的干涉环与量块零次干涉带间之间干涉条纹间隔数目过多,计数困难,增加了测量者的工作难度。而当一批次零件尺寸一致性高时,可制作与零件尺寸接近的量块组来减少干涉条纹间隔数,但当零件尺寸分散不集中时则毫无办法,这也是此种方法的不足之处,而且当测量批量大,每个零件需测量多个方向时,人眼易疲劳,用此方法显然就不太适合了。

　　2　用正切机构式的微测力比较装置测量球径

　　2.1　测量原理

　　测量装置结构示意图如图1所示。

　　先将已知球径的标准球小轴放置在定位块上,把一个厚度为1 mm的三等量块放在如图所示位置,放置平稳后,调整直角反射镜与光电自准直仪的位置和角度,使自准直仪对准“0”位。这时轻轻抬起量块,用待测的球小轴取代标准球位置,再放下量块,由于球径尺寸的微小变化会造成量块转动一个微小角度α,此时反射光与入射光的夹角会变化2α,2α可由光电自准直仪直接读出,由图中几何关系可知球头的球径变化量为