一等环规测量装置

　　随着机械加工手段的更新与发展,加工精度得到了大幅度提高,同时对与之相配套的测量手段也提出了新的要求,其中包括孔径测量。为了便于比对交流,国际法制计量组织(OIML)与我国先后拟订了各自的环规精度等级。一等环规是以指定位置垂直与轴线的中截面内孔直径作为工作长度的高准确度内尺寸量具。一等环规的精度等级要求虽然提出了,但国际上很长一段时间没有满足一等环规精度要求的测量装置,各国都还处于研制阶段。十.五初期,经过几年的艰辛工作,中航一集团第三四研究所长度处研制成功了一台“一等环规测量装置”。装置的工作基本原理是将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。采用 633nm稳频的He-Ne激光波长作为测量基准,采用干涉条纹计数,用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置,对环规进行非接触、绝对测量,其工作原理如图1所示。在测量时,将被检测的环规14放置于工作台13上一起运动,当光电显微镜15瞄准环规直径第一端面时,计算机系统开始计数,当显微镜瞄准环规直径的另一端面时,计算机系统就停止计数,经过相应计算就可得到被测环规直径。

　　装置主要包括干涉仪测长部分,光电显微镜瞄准部分,图像采集处理部分,导轨驱动部分及软件处理部分。图1中1为激光光源;2为准直扩束装置;3、5、6、9、10为反光镜;4为分光镜;7、8为角锥棱镜;11、12为光电接收器。

　　一、干涉仪测长部分

　　装置采用单频激光作为光源,根据迈克尔逊干涉原理,考虑到实际的干涉处于空气介质中,故测长公式为

　　式中,K为干涉条纹变化数;n为空气折射率;L为被测量长度;λ0为真空中波长。

　　式中,t空为空气温度;p为大气压力;f为空气湿度。

　　干涉仪的干涉条纹由光电接收器接收后,产生相位差为90°的正余弦信号,该信号经细分电路进行32细分,使得仪器的分辩力为λ/64,细分脉冲输入计数电路进行计数,当光电显微镜分别瞄准环规直径的两端时,计数器所计的脉冲数乘以当量就为环规直径的值。为保证仪器有较高的测量精度,每隔一定时间,就应提取环境参数的值,以便对折射率进行适当的修正。

　　二、光电显微镜瞄准部分和图像采集处理部分

　　该仪器是一套自动孔径测量装置,工作时人工不能直接进行瞄准读数,因此就必须有一套能够代替人眼来进行自动瞄准读数的装置。自动瞄准光电显微镜就具有这样的功能,瞄准不确定度0.03μm,其工作原理如图2所示。由光源发出的光线经聚光镜照亮目标分划板S,分划板上的图案经由投影物镜在测量面上形成一缩小实像—光学像点,该像点恰好位于显微镜的物平面上。此像点经显微物镜对像,该像被分光镜分为两路,一路成像于目镜分划板上,用于目镜观测,另一路成像于光电接收器的狭缝上,用于光电瞄准。狭缝的宽度与像点的像的宽度大致相等。在测量前,首先用CCD摄像机进行图像采集,经软件分析,调整被测工件的安装姿态,使之达到安装要求;之后,用伺服电机驱动工作台(环规)移动,其行程为环规的标称值,就可以直接采用CCD摄像机来进行精确瞄准监视,以便实行精确定位,最后进行准确瞄准。