激光在测量轴母线直线度误差中的应用

　　一、引言

　　由于激光具有光能强且集中、方向性和单色性好的特点,因此近些年来在几何量测量中得到了广泛应用。本文使用的实验装置就是应用了激光单色性好的特点,利用激光的衍射效应测量轴母线直线度误差。

　　二、测量原理

　　用激光测量直线度误差的原理是夫琅和费单缝衍射原理,如图1所示。

　　由夫琅和费单缝衍射原理可知:当激光通过上、下棱缘间的狭缝b时,衍射条纹间距D、缝宽b、激光波长λ、狭缝到屏幕的距离L之间的关系为D=λL/b。

　　实验时,为了易于测量条纹间距,可在狭缝与接收屏幕之间放一负透镜,用来放大衍射条纹的宽度和间距,放置负透镜后D=kλL/b。

　　式中,k为负透镜的放大倍数,其值可用负透镜安放前后多次测得的衍射条纹平均间距之比确定。在图2所示的测量装置的条件下,k=1.689。

　　三、测量方法

　　图2为测量装置的示意图。

　　测量前,先调整激光器2使激光束与被测轴6的母线相切,调整负透镜9使激光束通过负透镜的中心,再粗调棱缘5,使其接近轴母线(棱缘要处于轴母 线的最高点),然后用微调螺丝4微调棱缘并观察屏幕10,使屏幕上出现清晰的衍射条纹。为得到衍射条纹间距,该装置使用容栅式数显卡尺11测量衍射条纹间 距。为提高测量准确度,减小误差,可选几个条纹间距进行测量。

　　为便于测量,该装置将一暗盒固定在数显卡尺的游标后面,暗盒中放一发光二极管,发光二极管发出的光,经宽度可调的狭缝后照射在屏幕上。测量时, 将该光线置于暗条纹的中间进行瞄准,然后按下卡尺上的置零按钮,接着移动n个条纹间距并再次瞄准,即可在卡尺的读数窗上读出n个条纹间距的数值,通过计 算,即可得到衍射条纹的平均间距。

　　测量时,先在轴母线的一端测起,然后利用固定在工作台1上的钢板尺8将V型块7等距离地移至每一个测量位置进行测量。

　　四、测量结果的比较

　　本次实验分别用激光和千分表对同一小轴的同一母线的直线度误差进行了测量。测量时,可从小轴的任一端测起,并将第一个测量点定为0点,然后每隔10mm作为一个测量点,共测12点,测得数据及处理过程如表所示。

　　用表中的bi-b0(i=0,1,11)之差值及千分表测得值作出误差折线图,依次见图3和图4。

　　在图3中按最小包容区域法作两条平行线L1和L2,经计算得直线L1的方程为

　　用式(1)计算直线L1在第2个测量点(最高点)处的纵坐标值为2109Lm,则用激光测量该母线的直线度误差值为