基于激光干涉仪测量内径千分尺示值误差方法的探讨

基于激光干涉仪测量内径千分尺示值误差方法的探讨

尹雷,施山菁,王逸铭，丁逸伦

南通市计量检定测试所  江苏省南通市  226000

摘要：为保证内径千分尺测量数据的准确性，本文首先详细介绍了激光干涉仪的基本知识概论，同时结合该设备运行原理，进一步探索出激光干涉仪测量内径千分尺示值的误差方法。

关键词：激光干涉仪；内径千分尺；理论根据；探测器

在工业生产过程中，内径千分尺主要用于测量工件的内径、高槽宽度以及内径表面之间的距离，常见内径千分尺测微头分度数值为0.01mm或者基础分辨力为0.001mm，根据JJG 22-2014《内径千分尺检定规程》的规定，使用激光干涉仪针对内径千分尺测量示值所产生的误差进行详细探索。

1、激光干涉仪概论

在测量内径千分尺示值误差时，所使用的激光干涉仪具有测量精准程度高、测量速度快、测量分辨率高以及测量范围大等优势和特点，能够通过与不同类型的光学构件相互结合，从而完成对相关数据直线长度、垂直角度、平行度等多种数据的精准测量。除此之外，该设备与专业的系统软件相互配合，可以对数控机床运转模式进行动态化参数检测，不仅能对机床震动现状进行参数分析以及性能测试，还可以对机床上的滚珠丝杆、驱动系统以及基础导轨的动态性能进行详细分析，所以该设备在实际操作过程中具有极高的测量精准度以及测量效率，能够为测量误差数值的修正提供理论根据。

2、激光干涉仪测量原理

激光干涉仪在运行过程中，发射出单一的频率光束会射入线性的干涉镜内分成两道光束，其中一道光束射向连接分光镜的反光镜内，而另外一道光束则通过分光镜射进第二个反射镜内，随后两道光束经过反光镜的反射回到分光镜，重新汇聚之后，在返回激光设备中，而激光设备内部结构中所安装的探测器，则有效监控两道光束的反射情况以及接收情况。如果射线光程差异性不会出现明显变化时，激光干涉仪的探测设备则会相长性和相消性的两个光束极之间寻找到稳定的信号；如果射线光程差异性出现明显的变化时，探测设备会在每一次光程出现明显转变时，在相长性和相消性两个光束极之间寻找到明显的变化信号，而以上变化通过参数计算以此有效测量出两个光程之间的差异性[1]。

3、激光干涉仪测量误差方法研究

3.1测量内径千分尺示值误差说明

激光干涉仪测量内径千分尺示值误差测量过程中，主要使用长度测量设备测长机搭配激光干涉仪进行参数测量，激光干涉仪安装于测长机的尾座外，干涉镜安装于测长机底座上，反射镜安装于测量尾座上，调整激光束使其与测长机的测量轴线重合，测量时应确保实验室无明显空气流动。在测长机的测头上安装8mm的平面测帽，并且将两个侧面的工作面调整为相互平行，需要检测的内径千分尺利用支撑架安装在测长机置物台上，随后根据设备数值的显示调整测量端头，测量的下限到达标准位置，操作技术人员需要进行数据测量和计算，同时为保证测量数据的准确性，每次测量需调整支撑架以及工作台位置，以保证操作技术工作人员能够精准的读数。

3.2激光干涉仪测量误差方法改进策略

为有效提高激光干涉仪测量数据的精准程度，降低内径千分尺示值的误差，实际开展测量时需要根据内径千分尺检定规程中关于示值误差的检定方法，读数方法的选择上，只能利用激光干涉仪作为测长机的分米读数，毫米以及微米读数在测长机上读取，三部分的数据和作为最终的测试数值[2]。

激光干涉仪所产生的数值作为测长机的分米读数，能有效减少测长机在分米示值上的误差性，但是实际开展数值检测工作时，激光干涉仪自身的测量精准程度无法起到实质的作用，仅仅在测量内径千分尺示值误差性上，引进的不确定分量数据，而想要提高激光干涉仪的实际作用，则需要将内径千分尺实际读数直接从该设备中获得，而不是利用测长机进行长度读数，激光干涉仪在数据测量准确度上才能起到相应的作用。

针对此种现状，检定员实际开展内径千分尺示值误差检测时，需要通过改变激光干涉仪、干涉镜以及反射镜等设备的安装位置，并且以此作为基础，通过技术优化以及设备完善，生产出一种完全基于激光干涉仪数据测量的内径千分尺示值误差检测装置。

该设备除了基础的数据检测装置以外，还额外安装稳定底座，并且在底座顶部直接设定直线轨道，在直线轨道上安装可滑动的左右测量底座，而在直线轨道旁边沿着直线轨道滑动的方向设置左右测量底座的标准刻度值，同时为保证设备运转效果，底座上还安装激光干涉相关组件，其中包含：激光干涉仪、激光干涉结构件、干涉镜以及反射镜等，其中想要保证激光干涉仪的测量范围以及测量结果具有通用性，干涉镜支架的滑动连接位置要直接设定在左侧测量底座的左侧，并且所有的干涉镜与反射镜上都需要安装磁力底座。

除此之外，左测量底座内要设有浮动连接功能的左侧微杆，同样右侧底座同样安装微杆，其中左侧微杆上端位置安装反射镜支座，以此用于固定反射镜设备，当设备运转过程中，左测量底座上的所有设备可以直接拆卸，并且安装在直线滑轨上，滑轨上则安装左侧微杆上的连通孔洞，想要正常测量数据，技术人员则需要针对滑动底座上所设有的微杆孔洞进行固定，并且孔洞内部测量微杆上应安装复位弹簧，而孔洞内部微杆上同样需要设定固定弹簧的挡环零部件，另一侧孔洞内部则需要安装固定弹簧的挡槽零部件，并且在孔洞微杆的一端周边安装至少三个浮动定位的滚动轴承，以此保证测量微杆能够在孔洞内部进行数据测量和浮动。

实际针对内径千分尺示值误差进行校准操作时，首先技术人员需根据测量工件的测量端面选择适合的测量零部件，并且将干涉镜安装在结构支架上，同样，反射镜应安装在反射镜支座结构上，并且在主要结构上安装激光干涉仪，有效将干涉仪所发出的激光光束通过干涉镜设备发射在反射镜上，而反射镜返回后被激光干涉仪接收，以此构成完整的干涉光路；等待光路形成后，技术人员需通过专业技术操作，确保左侧测量基座上的测量帽与右侧的测量帽相互接触，并且通过参数调整控制左侧设备上围杆的安装位置，有效寻找光束发射的主要拐点，始终保持两个测量位置位于相同直线上，此时技术人员应将激光干涉仪上所读出的数据进行清零处理，并且将光束停留的位置作为测量的零点。

实际开展工件参数测量时，要将待检测工件安装在左、右测量座之间的位置，并且将被测量的工件移动至左测量支座上，确保测量工件能够与测量帽紧密接触，随后技术人员需根据测量工件的实际位置，调整支撑座的高度以及前后位置，进而转变待测工件测量角度和维度，有效利用激光干涉仪测量出不同角度和维度的相关变化参数，与标称值进行对比以计算出待测工件的示值误差[3]。

结束语：

由此可见，针对以上理论分析以及所得到的检测结果可知，经过优化后的激光干涉仪测量装置无论是在使用方法还是在使用流程上，都能够满足内径千分尺检测的基础要求，并且将所完善后的检测方法与内径千分尺检定规程相互对比，改进后的检测方法从本质上来看主要将测长机作为数据测量的辅助工具，而有效减少测长机检测示值所造成的误差。

参考文献：

[1]朱记全,许候杰.基于激光干涉仪测量内径千分尺示值误差方法的探讨[J].精密制造与自动化,2021(04):58-60.

[2]JJG 22-2014，内径千分尺[S].全国几何量工程参量计量技术委员会：韩正阳，张海波，董玉文，于文龙，2014.

[3]徐晓东,杨斌.内径千分尺示值误差测量结果的不确定度分析[J].品牌与标准化,2021(02):60-62.