20倍数显式投影仪

　　1　引言

　　光学投影仪是利用光学投影放大原理,把测量对象进行放大成像到投影屏上,来检验其形状或尺寸误差的光学仪器[1、2]。本文介绍的20倍数显式投影仪,同传统的光学投影仪相比[3],其不同之处有三点:(1)它用一块刻有网格线的分划板代替了普通投影仪中的投影屏。利用网格分划板可以直接判断被检工件的形状和尺寸是否合格;(2)它配有一可以升降的工件夹持装置以及与之相固联的线性光栅尺,利用光栅尺所产生的莫尔条纹信号和光电读数头,可以测量被检工件的径向尺寸; (3)此投影仪的照明系统可以相对工件沿被检工件的轴线方向平移,因此它可以检验轴类工件轴向不同位置处的局部形状和尺寸误差。应用此投影仪可以检测汽车和拖拉机中各种形状复杂的轴类零件,其径向、轴向尺寸测量误差小于±0.005 mm和±0.01 mm。仪器的抗振动、抗电磁干扰能力强,工作稳定,检测结果可靠,适于生产现场使用,它是精密机械加工中的一种较为理想的检测仪器。文章主要介绍该仪器的工作原理与设计实施要点。

　　2　仪器工作原理

　　20倍数显式投影仪的结构原理如图1所示。仪器由照明系统(1)、工件夹持装置(2)、投影物镜组(3)、棱镜(4)、反射镜(5)、投影屏(6)、上壳体(7)、镜筒(8)、导柱(9)、线性光栅尺(10)、光电读数头(11)、前置放大器(12)、数字显示器(13)、螺纹套筒(14)、丝杆(15)、圆柱齿轮副(16)、电动机(17)、圆导轨(18)、顶尖座(19)、支架(20)和底座(21)等零部件组成。

　　仪器工作时,首先被检工件安放在2的两件锥形顶尖之间,然后开启17,通过一对相啮合的16,把17的转动传递给15,与15相旋合的14则带动19沿18轴线向上(或向下)移动,因此19上的2及工件也向上(或向下)平移。由1发出的光束照射到工件的下边缘时,17停转,工件边缘形廓经3,再由4和5反射成像在6上。6上纵横方向各有149条刻线,刻线间隔1 mm。由于投影系统的放大率为20倍,因此,6上相邻两条刻线的间隔表示工件上0.05 mm的尺寸。按正常人眼的分辨力,估读误差为刻线间隔的10%~20%。因此,利用6测量工件的局部形状或尺寸,测量误差可控制在±0.01 mm之内。当需要测量工件此部位的径向尺寸时,可重新开启17,让17反向转动,带动19向下移至6上某刻线(移动前对准工件下边缘的那条刻线,指6的对称中心线)对准工件的上边缘像。此时,与19相固联的10相对11移动的距离正好是工件的直径尺寸,由11将工件直径的尺寸信息转变成电信号,经12处理后,最后由13显示出被测工件的径向尺寸,由于光栅尺数显装置的测量误差小于0.005 mm,因此投影仪的径向尺寸测量误差可控制在±0.005 mm之内。