CN110345837B - 一种基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置，属于长度测量量具的计量检定技术领域，包括底座，所述底座的顶部为工作平台，在工作平台上设有校准棒检校机构和卡尺检校机构和激光干涉组件；所述校准棒检校机构包括设置在工作平台上的直轨道，在直轨道上滑动连接有干涉镜支架、左测量座、可调V型支架、四维工作台和右测量座，在左测量座内浮动连接有左测微杆，在左测微杆的非测量端设有反射镜支座；本发明特别适合大量程通用卡尺、内径千分尺、校对棒的检定和校准；其中，干涉光路的调整只与待测工件移动部分的直线度有关，而对底座上直轨道的线性度要求不高，因此大大降低了底座本身的制作要求，降低了成本。

Description

一种基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置

技术领域

本发明属于长度测量量具的计量检定技术领域，特别涉及一种基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置。

背景技术

在机械工业中比较常用的长度测量量具主要包括通用卡尺、内径千分尺，其广泛应用于制造业、安装业和科研院所等领域，生产企业或计量检定部门都需要按照国家检定规程要求对其进行周期检定、校准，针对小量程通用卡尺和内径千分尺的检定用量具或者检定仪已比较成熟能够满足检定要求。然而随着装备制造业的迅速发展，对大量程长度测量量具的要求不断增加，尤其是对大量程的通用卡尺、内径千分尺体现更为明显，最近几年河南省在500mm以上量程通用卡尺、1000mm以上量程内径千分尺、校对棒的送检数量逐年递增，这就对其检定、校准装置也提出了更高要求，需要一种更方便、更便捷、能够实现测量不确定度自动评价的综合检校装置。

目前对大量程长度测量量具示值误差的检定、校准主要是采用组合量块的方式进行。由于主尺比较长较重且跨度大，如按常规用量块作为标准器进行检定，操作相对比较困难，存在很多不确定度的分量，很难达到一定的检定准确度。中国专利公开号为CN108917515A，公开了一种用于大量程通用卡尺示值误差的续接检定方法，其通过辅助装置和标准量块的续接零点操作，能够对1000mm以上量程的通用卡尺示值标注的准确检定；还可以通过续接零点操作操作使标准量块组合使用，减少标准量块应用数量，从而部分解决了组合量块测量时产生的问题。其测量精度还不能够满足所有大量程长度测量量具的检定、校准要求，而且不能够满足大量程内径千分尺、校对棒测量时拐点的正确判断，通用性不高。

发明内容

本发明目的是为解决上述现有技术中存在的问题而提出了一种基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置；为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置，包括底座，所述底座的顶部为工作平台，在工作平台上设有校准棒检校机构和卡尺检校机构；所述校准棒检校机构包括设置在工作平台上的直轨道，在直轨道上滑动连接有干涉镜支架、左测量座、可调V型支架、四维工作台和右测量座，所述干涉镜支架位于左测量座的左侧，所述可调V型支架、四维工作台均位于左测量座和右测量座之间，在左测量座内浮动连接有左测微杆，在右测量座内设有右测微杆，在左测微杆的非测量端设有反射镜支座；

所述卡尺检校机构包括设置在工作平台上的反射镜支架、左卡尺支撑座和右卡尺支撑座，所述反射镜支架位于左卡尺支撑座的左侧，左卡尺支撑座和右卡尺支撑座分别用于夹持固定大量程通用卡尺的两端；

还包括激光干涉组件，所述激光干涉组件包括激光干涉仪支架、激光干涉仪、干涉镜和多个反射镜，所述干涉镜和反射镜均配有机械固定座或者磁力固定座；其中干涉镜安装在干涉镜支架上，反射镜支座、反射镜支架和大量程通用卡尺的活动爪上各固定一个反射镜。

优选的，所述可调V型支架包括滑动连接在直轨道上的滑动座，在滑动座上设有升降臂，在升降臂顶部一体成型设有V型分支臂，在V型分支臂设有滚轮或者缓冲弹性套。

优选的，所述四维工作台包括滑动连接在直轨道上的滑动座，在滑动座上设有四轴支撑工作平台。

优选的，所述直轨道为齿条形轨道，在左测量座和右测量座内均设有与齿条相啮合的齿轮或齿轮组，且在左测量座和右测量座上设有用于带动齿轮或齿轮组转动的手动转轮或者步进电机。

优选的，所述卡尺检校机构包括与直轨道平行设置的辅助直轨道，所述左卡尺支撑座和右卡尺支撑座滑动连接在辅助直轨道上。

优选的，所述左卡尺支撑座和右卡尺支撑座通过螺栓或者磁力座固定在辅助直轨道上。

优选的，所述左卡尺支撑座和右卡尺支撑座的结构相同将两者统称为卡尺支撑座，所述卡尺支撑座包括固定座，在固定座上转动连接有调节螺母，在调节螺母内螺纹连接有竖直设置的调节柱，在调节柱顶端设有夹持工作台，在夹持工作台侧壁上固定有L型夹持臂，在L型夹持臂的横臂伸向升降工作台上方且上设有夹紧螺栓。

优选的，在夹紧螺栓的末端铰接有顶紧片。

优选的，夹持工作台与调节柱顶端之间设有沿前后方向设置的滑轨以实现夹持工作台沿前后方向的微调。

优选的，所述干涉镜的机械固定座上设有用于穿过干涉镜支架支撑杆的穿孔，在机械固定座上配有紧固螺栓，所述紧固螺栓伸入穿孔内。

本发明所具有的有益效果为：（1）本发明通过校准棒检校机构和卡尺检校机构的设置实现了对大量程内径千分尺、校对棒以及大量程通用卡尺的综合检定和校准，大大提高了工作效率；而且激光干涉仪、干涉镜和反射镜的快速组合式固定方式实现了迈克尔逊干涉光路的快速准确调整，干涉镜和反射镜的固定对卡尺本身无损坏；

（2）反射镜通过磁力座固定在卡尺上的活动爪上，移动过程中对活动爪的滑动和移动量无影响保证了活动爪本身移动的准确度；

（3）两端的夹紧螺栓对卡尺主尺的夹持比较稳固，在活动爪移动过程中不易松动，保证了测量准确度；

（4）卡尺支撑座上的夹持工作台能够前后方向移动从而可以将光路沿着前后方式整体移动很方便地避开了左测量座、反射镜支架对光路的干扰；

（5）对内径千分尺、校对棒等待测工件进行检定或者校准时，与传统测量方式相比待测工件的毫米小数部分测量更加准确快速，而且测量精度大大提高；

（6）本发明能够适用于通用卡尺、内径千分尺、校对棒等长度测量量具的检定和校准，特别适合大量程长度测量量具的检定和校准；

（7）本发明的干涉光路的调整只与待测工件移动部分的直线度有关，而对底座上直轨道的线性度要求不高，因此大大降低了底座本身的制作要求，降低了成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为卡可调V型支架的结构示意图；

图4为四维工作台的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为左测量座的结构示意图；

图7为图6的左视图；

图8为左卡尺支撑座的结构示意图；

图9为图7的左视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1、图2所示，本发明包括底座7，所述底座7的顶部为工作平台6，在工作平台6上设有校准棒检校机构和卡尺检校机构；所述校准棒检校机构包括设置在工作平台6上的直轨道，在直轨道上滑动连接有干涉镜支架31、左测量座32、可调V型支架33、四维工作台34和右测量座35，所述干涉镜支架31位于左测量座32的左侧，所述可调V型支架33、四维工作台34均位于左测量座32和右测量座35之间，如图1、图6和图7所示，在左测量座32内浮动连接有左测微杆323，在右测量座35内设有右测微杆，在右测量杆上设置有用于测量帽对零位时进行微调节的两个调节螺钉8。在左测微杆323的非测量端设有反射镜支座322。

此处的左测微杆323浮动结构可以采用如下具体结构：所述左测微杆323位于左测量座32的通孔329内，在通孔329内靠近左端口和右端口位置处均设有支撑滚轮组，所述支撑滚轮组包括绕左测微杆323周向均匀分布的三个偏心滚动轴承328，通过左右六个偏心滚动轴承328对左测微杆323起到浮动支撑作用；同时在左测量座32内部设有转向轮325，在转向轮325绕有牵引绳324，牵引绳324的左端固定在左测微杆323上，牵引绳324的右端连接有重锤，从而将重锤326的重力转化为测量力，以确保左测量帽329和被检校量具可靠接触。

进一步在左测微杆323沿左右方向加工出一个导向平面327，并将支撑滚轮组的一个偏心滚动轴承328位于导向平面327处以阻止左测微杆323的转动。

所述卡尺检校机构包括设置在工作平台6上的反射镜支架21、左卡尺支撑座22和右卡尺支撑座23，所述反射镜支架21位于左卡尺支撑座22的左侧，左卡尺支撑座22和右卡尺支撑座23分别用于夹持固定大量程通用卡尺4的两端；

还包括激光干涉组件，所述激光干涉组件包括激光干涉仪支架11、激光干涉仪12、干涉镜14和多个反射镜13,15,16，所述干涉镜14和反射镜13,15,16均配有机械固定座或者磁力固定座；其中干涉镜14安装在干涉镜支架31上，反射镜支座322、反射镜支架21和大量程通用卡尺的活动爪5上对应固定一个反射镜13,15,16；所述干涉镜14的机械固定座上设有用于穿过干涉镜支架31支撑杆的穿孔，在机械固定座上配有紧固螺栓，所述紧固螺栓伸入穿孔内。

如图3所示，为了提高大量程内径千分尺和校对棒的测量准确度，增加了对其支撑部分可调V型支架33，所述可调V型支架33包括滑动连接在直轨道上的滑动座331，在滑动座331上设有升降臂，在升降臂顶部一体成型设有V型分支臂332，在V型分支臂332设有滚轮或者缓冲弹性套333；其中V型分支臂332的升降结构可采用现有技术中的升降结构。

如图4和图5所示，所述四维工作台34包括滑动连接在直轨道上的滑动座341，在滑动座341上设有四轴支撑工作平台342；四维工作台34为现有测长机的调节平台，能够实现上下浮动、前后方向移动、左右方向移动、前后方向倾斜微调、左右方向倾斜微调功能。

所述直轨道为齿条形轨道，在左测量座32和右测量座35内均设有与齿条相啮合的齿轮或齿轮组，且在左测量座32和右测量座35上设有用于带动齿轮或齿轮组转动的手动转轮321或者步进电机。

其中，左卡尺支撑座22和右卡尺支撑座23与工作平台6之间可以采用多种固定连接方式，例如（1）所述卡尺检校机构包括与直轨道平行设置的辅助直轨道，所述左卡尺支撑座22和右卡尺支撑座23滑动连接在辅助直轨道上；（2）也可以使左卡尺支撑座22和右卡尺支撑座23通过螺栓或者磁力座固定在工作平台6上，两种方式都可以根据实际情况很方便地改变左卡尺支撑座22和右卡尺支撑座23之间的距离。

如图8和图9所示，为了便于描述，所述左卡尺支撑座22和右卡尺支撑座23的结构相同将两者统称为卡尺支撑座，所述卡尺支撑座包括固定座222，在固定座222上转动连接有调节螺母221，在调节螺母221内螺纹连接有竖直设置的调节柱223，在调节柱223顶端设有夹持工作台225，在夹持工作台225侧壁上固定有L型夹持臂228，在L型夹持臂228的横臂伸向升降工作台上225方且上设有夹紧螺栓227；为了增大夹紧螺栓227与通用卡尺主尺接触面积以增加卡尺的稳定性，在夹紧螺栓227的末端铰接有顶紧片226。

为了适应不同位置处对干涉镜的固定，在夹持工作台225与调节柱顶端223之间设有沿前后方向设置的燕尾滑动副224以实现夹持工作台225沿前后方向的微调。

本发明在工作时：

（1）对大量程通用卡尺进行检定或者校准时，如图1和图2所示，根据大量程卡尺的量程调整左卡尺支撑座22和右卡尺支撑座23之间的距离，旋紧对应固定旋钮进行固定，然后将大量程通用卡尺4的两端横放在夹持工作台225上，旋转调节螺母221调节大量程通用卡尺4两端的高度让其两端大致位于同一水平面即可，旋紧夹紧螺栓227从而将大量程通用卡尺固定牢固；接着将反射镜13通过机械固定座固定安装在反射镜支架21上，将反射镜16通过磁力固定座磁吸在大量程通用卡尺的活动爪5上，其中机械固定座和磁力固定座与反射镜13、反射镜16通过螺钉对应可拆卸式固定连接；架好激光干涉仪12，让发出的激光首先经过干涉镜14，被分成参考光路和测量光路，测量光路依次经过反射镜13和反射镜16，然后经过反射镜16反射后与参考光路形成干涉被激光干涉仪12再次接收从而形成麦克尔逊干涉光路，来回移动活动爪5，同时对激光干涉仪12进行微调以使得在活动爪5整个移动范围内均能形成麦克尔逊干涉光路，即激光与活动爪5移动方向相平行，从而通过激光干涉仪12准确快速地测出活动爪5移动的距离，最终将激光干涉仪12测量值与大量程通用卡尺4上的刻度值进行对比以计算出大量程通用卡尺的示值误差，也可以利用自身数据处理系统给出测量不确定度评价。

（2）对内径千分尺或者校对棒等待测工件进行检定或者校准时，将反射镜15通过磁力固定座磁吸在反射镜支座322上，将干涉镜支架31上的干涉镜14水平转动90度，让干涉镜14的测量光路与反射镜15位置相对应，架好激光干涉仪12，让发出的激光首先经过干涉镜14，被分成参考光路和测量光路，测量光路经反射镜15，然后经过反射镜15反射后与参考光路形成干涉被激光干涉仪12再次接收从而形成麦克尔逊干涉光路；该干涉光路调整好后，移动左测量座32，让左测微杆323的左测量帽330与右测量帽接触，通过调整右测微杆螺钉8来改变右测量帽的微移动，寻找拐点，使得左测量帽330与右测量帽处于同一条直线，然后清零激光干涉仪12读数，此位置作为零点。

最后，将待测工件放置在可调V型支架33、四维工作台34上，调节可调V型支架33的高度，让待测工件与两测量帽之间连线重合，然后移动左测量座32使得左测微杆323和右测微杆端部的测量帽对应与待测工件两端接触，然后调整四轴调节平台以改变待测工件的多维度微动带动左测微杆323进行左右方向的微动，左测微杆323的微动会带动反射镜支座322微动从而通过激光干涉仪12测量出改变量，其中出现拐点时的测量值即为待测工件的读数，与标值进行对比以计算出待测工件的示值误差，也可以利用自身数据处理系统给出测量不确定度评价。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置，包括底座，所述底座的顶部为工作平台，其特征在于，在工作平台上设有校准棒检校机构和卡尺检校机构；所述校准棒检校机构包括设置在工作平台上的直轨道，在直轨道上滑动连接有干涉镜支架、左测量座、可调V型支架、四维工作台和右测量座，所述干涉镜支架位于左测量座的左侧，所述可调V型支架、四维工作台均位于左测量座和右测量座之间，在左测量座内浮动连接有左测微杆，在右测量座内设有右测微杆，在左测微杆的非测量端设有反射镜支座；

所述卡尺检校机构包括设置在工作平台上的反射镜支架、左卡尺支撑座和右卡尺支撑座，所述反射镜支架位于左卡尺支撑座的左侧，左卡尺支撑座和右卡尺支撑座分别用于夹持固定大量程通用卡尺的两端；

还包括激光干涉组件，所述激光干涉组件包括激光干涉仪支架、激光干涉仪、干涉镜和多个反射镜，所述干涉镜和反射镜均配有机械固定座或者磁力固定座；其中干涉镜安装在干涉镜支架上，反射镜支座、反射镜支架和大量程通用卡尺的活动爪上各固定一个反射镜；

所述可调V型支架包括滑动连接在直轨道上的滑动座，在滑动座上设有升降臂，在升降臂顶部一体成型设有V型分支臂，在V型分支臂设有滚轮或者缓冲弹性套；所述四维工作台包括滑动连接在直轨道上的滑动座，在滑动座上设有四轴支撑工作平台；

所述直轨道为齿条形轨道，在左测量座和右测量座内均设有与齿条相啮合的齿轮或齿轮组，且在左测量座和右测量座上设有用于带动齿轮或齿轮组转动的手动转轮或者步进电机。

2.根据权利要求1所述的基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置，其特征在于，所述卡尺检校机构包括与直轨道平行设置的辅助直轨道，所述左卡尺支撑座和右卡尺支撑座滑动连接在辅助直轨道上。

3.根据权利要求2所述的基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置，其特征在于，所述左卡尺支撑座和右卡尺支撑座通过螺栓或者磁力座固定在辅助直轨道上。

4.根据权利要求3所述的基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置，其特征在于，所述左卡尺支撑座和右卡尺支撑座的结构相同将两者统称为卡尺支撑座，所述卡尺支撑座包括固定座，在固定座上转动连接有调节螺母，在调节螺母内螺纹连接有竖直设置的调节柱，在调节柱顶端设有夹持工作台，在夹持工作台侧壁上固定有L型夹持臂，在L型夹持臂的横臂伸向升降工作台上方且上设有夹紧螺栓。

5.根据权利要求3所述的基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置，其特征在于，在夹紧螺栓的末端铰接有顶紧片。

6.根据权利要求3所述的基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置，其特征在于，夹持工作台与调节柱顶端之间设有沿前后方向设置的滑轨以实现夹持工作台沿前后方向的微调。

7.根据权利要求3所述的基于激光干涉的大量程长度测量量具综合检校装置，其特征在于，所述干涉镜的机械固定座上设有用于穿过干涉镜支架支撑杆的穿孔，在机械固定座上配有紧固螺栓，所述紧固螺栓伸入穿孔内。