多功能激光衍射测量仪的研制

　　随着科学技术的不断进步,激光在几何量测量中的应用越来越为人们所重视。但在一台激光测量仪上,只要更换不同的附件即可进行多种参数测量的仪器,目前无论国内还是国外,尚无这样的产品。在多年实践、研究的基础上,我们研制了这台多功能激光衍射测量仪,利用此仪器的不同附件或装置,可分别实现对细丝直径、薄片厚度、表面粗糙度评定参数中的S、Sm、Ra、Rz四个参数的测量,此外,还可以实现对小孔直径、应变、易变形件(如橡胶密封圈、薄壁件)及加工时走刀量f等的测量。

　　1　仪器的结构及测量原理

　　图1为本仪器的结构简图,由十个零、部件组成(另加十三个附件以满足测量不同参数的需要)。

　　本仪器主要是根据夫琅和费衍射原理。由2mwHe-Ne激光器发出的激光束通过不同的附件照射在狭缝、小孔、细丝及被测表面粗糙度的工作表面上,然后在接收屏幕上产生清晰的、明暗相间的衍射条纹,通过容栅电子卡尺测出衍射条纹间距或根据图谱法进行比较,然后按照计算公式求出所需的各种尺寸或按照表面粗糙度样块进行比较,即可得出表面粗糙度的有关参数值。

　　2　几点说明

　　以非接触相对法测量轴径为例,对该仪器作如下说明:

　　2.1　计算公式的推导

　　如图2所示

　　式中,d0、d分别为基本尺寸相同的轴径,d0为已知并以它为标准件,d为被测件;b0、b分别为标准轴、被测轴与刀口形成的狭缝的宽度。

　　根据夫琅和费衍射原理,当满足xk L时

　　式中:k—从φ=0处算起的强度为零的暗点数;

　　L—狭缝与接收屏幕之间的距离,本仪器中L=500mm;

　　λ—激光波长,λ= 0.0006328mm

　　xk—衍射条纹间距。

　　将式(2)代入式(1)得

　　因为d0、k、L、λ均为已知,故由式(3)可知,只要测出衍射条纹间距xk0、xk,即可求出d。

　　2.2　放大系数的确定

　　由式(2)得,xk=kλLb,即xk与L成正比,因此,通过增大L值可以使衍射条纹分得更开些,以便于观察和测量,但当L值增大时,测量仪器的长度尺寸就会增大,为不增大仪器的尺寸,我们在狭缝与屏幕间放了一面双面凹透镜,用它对衍射条纹进行放大。

　　假设不加透镜时,衍射条纹间距为xk’,加上透镜后,条纹间距增大了K倍,即xk=K·xk’,xk为放大后的衍射条纹间距,则xk=kλLb,亦即b=kλLxk,这说明在加上透镜后,如果把系数K确定下来,则只要测出衍射条纹间距xk,就可以计算出狭缝宽度b,从而求出被测尺寸d。

　　为确定双面凹透镜的放大倍数,我们首先在电子数显卡尺有刀口的一端先后调出一系列狭缝,分别测出凹透镜放上前后k条衍射条纹间的距离,如表1所示,由此可求得放大系数K。