圆度误差的激光衍射测量法研究

　　一、引言

　　目前圆度误差的测量方法可分为两大类,一是用专用仪器如圆度仪测量,此类仪器测量准确度高,但价格昂贵,适用于测量精密零件;二是用普通的常用仪器采用两点法或三点法进行近似测量,该方法简单易行,被生产部门广泛采用。本文介绍的用激光衍射测量圆度误差的方法仅适用于外圆表面的圆度误差测量,是一种非接触、非连续式测量,所用测量装置具有功能多、构造简单、操作方便、造价低、测量准确度较高等特点。

　　二、测量原理

　　图1为圆度误差的激光衍射测量装置示意图。测量原理为夫琅和费单缝衍射原理,测量圆度误差时,该狭缝b是由上棱缘3与被测圆柱面4所形成,当激光通过狭缝b后,在远处的接收屏7上即可产生清晰可见的衍射条纹,其衍射条纹间距D与激光波长K、狭缝至屏幕间的距离L及缝宽b的关系为D=KL/b。在屏幕与狭缝间装有负透镜6时D=kλL/b。该负透镜对衍射条纹起放大作用,式中k为放大倍数,其值可用负透镜安装前后多次测量得衍射条纹的平均间距之比来确定。

　　三、测量方法

　　测量前先将被测件装在心轴5上(要求无间隙),并将心轴置于两顶尖间,然后调整激光器1及负透镜的高度使激光束与工件外圆表面相切,并通过负透镜的中心,粗调棱缘后再拧动螺丝2微调棱缘3的高度,得到合适的缝宽b后,即可在屏幕上看到明暗相间的衍条纹,再用容栅式数显卡尺8测出其衍射条纹间距。实验时在容栅式数显卡尺的读数窗后装一暗盒,内放发光二极管,让光线从一宽度可调的窄缝中射出并进行瞄准。该数显卡尺可在任意位置置零,读数非常方便。

　　用激光测量圆度误差属非连续测量,即在被测工件圆周上按各等分点分别测出狭缝宽度bi(i=0,1~n,一般n=12或24等分,本实验n=18)。为能准确分度,可在心轴上安装分度盘或用计算机在纸上绘制一分度盘,并将该分度盘固定在工件端面上,再用固定在顶尖上的指针分度。

　　测量时,先测出0°处的m个衍射条纹长度,再依次间隔20°,测出其余各点的m个衍射条纹的长度,并将各测得值记入表中。为使测量结果可靠,可在几个截面上进行测量,本实验只测两个截面,有关数据见表1。

　　四、数据处理

　　在测得各点m个衍射条纹的长度后,即可进行数据处理。其方法是,先求出平均间距Di,代入D=kL/b中计算出缝宽bi,再计算b0-bi(i=0,1,17),见表1。其中, k= 1.7,λ= 0.0006328mm, L=498mm。

　　由于测量时上棱缘刃线至回转中心距离自始至终保持不变,故R0+b0=Ri+bi(i=0,1,17),所以,被测圆上各点的半径为Ri=R0+(b0-bi)。