專利名稱:高精度雙邊差動式光電顯微鏡的制作方法
本產品屬于長度計量儀器(按國際分類編號為GO1類)本產品作出以前，長度計量用的光電顯微鏡一般只用于線紋瞄準，其結構為狹縫振子式或雙管光度式，少數(shù)可瞄輪廓的光電顯微鏡也只能瞄準簡單輪廓，其結構通常為光電電橋式，瞄準極限誤差約±0.2μm，對于小尺寸，形狀復雜而且精度要求高的工件(例如千分尺絲桿、儀表用齒輪等)，測量精度遠不能滿足要求。
現(xiàn)有的光電顯微鏡采用實物成實像的方法，光電器件位于光學系統(tǒng)的像面上，其主要缺點為(1)光學系統(tǒng)的倍數(shù)不能太大(一般為8倍)，因而靈敏度較低；(2)倍數(shù)一經確定就不能改變，通用性差；(3)對光電器件的安裝要求高。
本產品便是針對上述問題，解決高精度絲桿和鐘表齒輪輪廓以及其它輪廓、線紋等進行動態(tài)瞄準，其瞄準極限誤差3σ≤±0.07μm。
本產品的要點在于瞄準部份系自行研制的雙邊差動式裝置，其光學系統(tǒng)如附圖(1)所示，光源(1)經聚光鏡(2)發(fā)出平行光照亮工件(3)，工件(3)由顯微鏡(4)成像在像面(5)上，像面(5)位于顯微鏡系統(tǒng)(7)的1倍焦距以內焦點F2附近，由于遮光效應以及小孔成像原理，在顯微鏡(7)的像方焦點F′2后面的陰影區(qū)(9)內設一光電接收器(10)便可接到物體(3)的像，改變光電接收器(10)與焦點F′2之間的距離，即可改變像的大小，在焦點F′2處設置一分光鏡〔8〕則在陰影區(qū)〔11〕內設一光電接收器〔12〕便可接收光信號，同樣地，改變接收器〔12〕與焦點F′2之間的距離，可改變光學像的大小。
光電接收器由兩塊2CR型硅光電池組成，硅光電池A與B的直徑可根據(jù)實際要求選取(推薦為φ3mm)，光電瞄準方式為雙邊差動式，即利用硅光電池A與B的信號經差動放大后的零點做為瞄準點，根據(jù)不同用途，硅光電池A與B有以下幾種排法(見附圖2)(1) 被測件是螺紋牙廓或小模數(shù)齒輪齒廓時，按圖2a排列，當工件運動時輸出信號如圖2a′所示，將A與B的中心調整在工件像的中徑線與齒廓的交點處，則A與B處于半明半暗，輸出電壓相等，VA－VB輸出為零，這個狀態(tài)即可認為是瞄準狀態(tài)，輸出電壓情況是圖2a′。
(2) 被測件為其它幾何形狀(如一個半圓)可按圖2b排列，這時硅光電池A不瞄在工件輪廓上，而是安置在一塊擋光板〔1〕后面，其輸出為一直流電平，硅光電池B瞄在工件〔2〕輪廓上，輸出電壓如圖2b′所示，將VA與VB差動放大，則其零點即可做為瞄準信號。
(3) 被測件為線紋尺寸時，按圖2C排列，調整硅光電池A與B，使VA與VB相位相差90°，如圖2C′所示，將VA與VB差動放大，則零點可做為瞄準信號。
用施密特過零觸發(fā)器鑒別零信號，即可獲得瞄準脈沖。
本產品的光學系統(tǒng)利用了遮光效應及小孔成像原理，光學像清晰，并可連續(xù)變倍，因此對倍率、光強、光電接收面積等影響精度的主要因素進行正交試驗以確定最佳匹配參數(shù)。
本產品的轉換部份采用了雙邊差動式轉換方法，有效地抑制了光漂，在測量螺紋、齒輪及線紋等對稱工件時，還可減少機械運動及裝夾部份帶來的誤差。
本產品還設置了與光電瞄準部份同步的人眼觀察窗，便于調整工件位置。
本產品與現(xiàn)有光電顯微鏡相比，具有以下優(yōu)點(1) 由于改變了光電接收器到分光鏡的距離，可以改變光學放大率，亦即光學系統(tǒng)可連續(xù)變倍，當兩者距離為120mm時，放大率約為30倍。
(2) 人眼可對工件位置進行觀察監(jiān)視，使用方便。
(3) 理論上可在無限大的空間內獲得清晰度，實際上也可在足夠大的距離內獲得清晰度，因而光電接收器的位置無需精確調整便可獲得高精度。
(4)由于利用了現(xiàn)成的光學系統(tǒng)，因而制作簡單，光學部份無需專門設計，只要將分光鏡置于測量顯微鏡的出瞳處，在相應距離上設置光電接收器以及觀察窗即可。
發(fā)明人(設計人)曾作了一個實施例，研制成功了微電腦激光絲桿螺距測量儀，可對螺距0.3～1mm、中徑4～20mm、螺紋長度1～100mm的各種規(guī)格的小絲桿螺距進行測量，單次測量的標準誤差σ＝0.1μm，測量速度為60mm／min，與現(xiàn)行的萬能工具顯微鏡相比，精度提高了一個數(shù)量級，測量速度提高20余倍。
在本實施例中，采用光電瞄準、激光測長、微型計算機控制測量過程并處理數(shù)據(jù)，主要測量參數(shù)顯微鏡〔4〕與顯微鏡〔7〕(見附圖1)的組合放大率為50×(視場直徑大于4mm，鏡板距大于50mm)，人眼觀察屏〔10〕與分光鏡〔9〕的距離為120mm，光電接收器〔12〕與分光鏡〔9〕的距離為150mm，硅光電池A與B(見附圖2)的直徑為φ3mm，排列方式采用圖2a所示的方式，光電瞄準極限誤差3σ＝±0.07μm，測量極限誤差為3σ≤±0.3μm。
權利要求
1.一種高精度雙邊差動光電顯微鏡，由光源(1)經聚光鏡(2)發(fā)出平行光照亮工件(3)，工件(3)由顯微鏡(4)成像在像面(5)上，其特征在于像面(5)位于顯微鏡系統(tǒng)(7)的1倍焦距以內焦點F2附近，在顯微鏡(7)的像方焦點F′2后面的陰影區(qū)(9)內設一光電接收器(10)便可接到物體(3)的像，改變光電接收器(10)與焦點F′2之間的距離，即可改變像的大小。
專利摘要
一種高精度雙邊差動式光電顯微鏡，屬于長度計量儀器。其主要特征在于光電轉換部分采用了雙邊差動式轉換方法，有效地抑制了光漂；光電系統(tǒng)利用遮光效應及小孔成像原理，光學像清晰，并可連續(xù)變倍。因此，對倍率、光強、光電接收面積等影響精度的主要因素，進行正交試驗以確定最佳匹配參數(shù)。該顯微鏡用于小尺寸、形狀復雜且精度要求高的工件(如千分尺絲桿螺紋及儀表齒輪輪廓等)進行動態(tài)瞄準，其瞄準極限誤差3σ≤±0.07μm。
文檔編號G01B11/02GK86200360SQ86200360
公開日1987年10月28日 申請日期1986年1月18日
發(fā)明者賈友義, 江濤 申請人:青海量具刃具廠, 青海省計量局導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan