直线度分析仪样机设计及其检测精度分析

　　直线度作为几何量计量领域内的一个最基本的项目,是平面度、同轴度、平行度、垂直度等几何量测量的基础,国内外有很多学者对其检测仪器及其精度进行了分析[1-4],并对仪器误差进行了相应研究[5-10]。直线度是形状误差的要素之一,直接影响仪器精度与性能。目前国内外在平行度、表面粗糙度以及圆度等计量领域甚至已达到纳米级测量精度,但直线度的测量精度却不高,尤其是大长度范围的直线度测量,其精度远落后于其他计量项目。我国仍采用长平晶组分段互检方法作为直线度检定基准,对于测量大尺寸零件时其精度较低。因此,研制高精度直线度分析仪并对其精度进行分析具有重要的意义。直线度测量按照直线基准存在与否可分为有直线基准测量与无直线基准测量。直线基准测量法是直接以直线基准来检测被测表面的直线度误差,以获得被测表面的直线度误差值。其常用测量方法有: (1)以刀口尺为基准的光隙法; (2)以平尺、导轨为基准的测微仪法; (3)以平晶工作面为基准的平晶干涉法等。无直线基准测量法是沿被测表面以线值测量的方法,得到被测表面上各采样点偏差值,经数据处理得到被测对象的直线度误差值。按照获得信息途径的不同可分为反向法、移位法和多测头法。

　　作者主要根据可见光自准直成像测微原理研制了一台高精度直线度分析仪,通过对仪器误差的分析与相应的实验验证,对仪器检测精度进行了研究。

　　1　样机研制

　　高精度直线度分析仪利用光学自准直原理,把角度量转变为线性量,由微型线位移光栅传感器测出线值变化量,间接测得角度变化量。

　　分析仪的主体结构由支架和镜管两部分组成。支架由3个调平螺钉支撑,支架中部备有一个调平指示水泡,支架两端的支臂上用销钉连接两个压环,使镜管固定在支架上。镜管的前端连接一准自物镜筒,镜管的上方固定有照明光源组件,照明组件为可调机构,可将视场照明调至最亮最均匀的状态。镜管后端固定有测量显微镜组件,该组件前面连接一显微物镜座,调整显微物镜的位置即可调整物镜的放大倍率,即调整分析仪的视值误差。显微镜组件的后面固定有测微目镜,是保证分析仪精度的核心部分。镜管外圆可作为分析仪本身调整的基准,也可以用来作为固定某些附件的基准。镜管可在支架上做90°的旋转并由可调顶丝定位,以使分析仪实现水平和垂直两个方向上的测量。测微目镜一端是前置放大器,标尺光栅与指示光栅产生的相对位移量通过光电转换后经前置放大,输入光栅数显表,实现光电数字显示。直线度分析仪的机械结构与实验样机如图1所示。