专利名称：一种二等量块接触式激光干涉仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种二等量块的检定设备，特别涉及一种二等量块接触式激光千涉仪。
背景技术：
按照我国现行量块标准和检定规程，量块按其长度测量不确定度分为一、二、三、四、 五等级，按国际建议，二等量块长度测量可以用光波波长直接测量，也可以用一等量块作标 准进行比较测量，但是目前我国还没有开展一等量块的检定，只好采用激光干涉仪直接测量。 而使用激光干涉仪也有二种方法， 一种方法是用柯式干涉仪原理的非接触式测量法，另一种 是接触式测量法。柯氏干涉仪是较早使用光波测量量块的干涉仪器，是基于小数重合法基础 上的，由于小数重合法本身的特点，柯氏干涉仪测量量块之前对被测量块要进行初测，而且 需要量块与平晶研合来进行，操作者劳动强度比较大，对操作者技术水平要求高，而普通的 接触式测量法采用被测量块与标准二等量块进行比较的测量方法，由于手工操作对于二等量 块的测量精度低，误差大，本实用新型的优点是不需要与标准量块进行比较，直接测量、自 动采集、自动反馈、自动读数、精度高、稳定性好、柔性测头接触式定位的方式无需量块与 平晶研合来、操作简单。 —
发明内容
本实用新型为了弥补以往二等量块的检定装置存在的缺点，提供一种二等量块接触式激 光干涉仪，来达到对二等量块检定精度高、自动控制、操作简单、方便、稳定性好的目的。
该装置包括激光干涉系统、定位计数系统、环境参数测量系统和计算机，其中激光干涉 系统连接定位计数系统，定位计数系统和环境参数测量系统同时连接计算机。激光干涉系统 包括He-Ne激光器、激光稳频器、第一转向棱镜、光栏、准直光管、第二转向棱镜、移相分 光镜、参考镜、转向镜、测量棱镜、光电控制测力稳定传感器、测头，He-Ne激光器连接激 光稳频器，激光稳频器水平前方设有第一转向棱镜，第一转向棱镜竖直下方依次设有光栏、 准直光管、第二转向棱镜、移相分光镜、参考镜，第二转向棱镜左右水平分别设有两个定位 计数系统中的第一光电转换器，移相分光镜水平一侧设有转向镜，转向镜竖直下方依次设有 定位计数系统中的定位控制器、测量棱镜、光电控制测力稳定传感器和测头，与移相分光镜 设有转向镜相对的一面水平设有定位计数系统中的第二光电转换器。光电控制测力稳定传感 器，包括平行簧片、光挡、光电管、测杆、光电管架，光电控制测力稳定传感器内部由下往
3上依次固定平行簧片、光挡、光电管，其中，平行簧片和光挡固定在测杆上，测杆用于连接 测量棱镜和测头，光电管固定在光电管架上，光电管架固定在光电控制测力稳定传感器内壁 上。定位计数系统中光电转换器连接相位调整模块，相位调整模块的另一侧分别连接干涉条 纹整数计数板和干涉条纹小数计数板，干涉条纹整数计数板和干涉条纹小数计数板的另一端 连接计算机，计算机的输出端分别连接驱动电机和定位控制器，驱动电机和定位控制器的另 一端连接激光干涉系统。环境参数测量系统中温度传感器、湿度传感器和气压传感器分别连 接计算机。
该实用新型采用的计算机软件是配合量块激光干涉仪进行二等标准量块测量为目的进行 设计编写的，界面直观，操作简单，是以Windows98为工作平台，采用Microsoft Visual Studio 开发包套件，综合应用了 ActiveX、 OCX和动态链接库技术，完成对系统中激光干涉仪数据信 号的采集控制、接触式测量头自动定位的控制、环境条件参数的自动采集和补偿控制、测量 结果数据的处理显示和打印输出，实现了二等标准量块的直接自动测量。
该装置的工作原理为He-Ne激光器产生激光经激光稳频器稳频后通过转向棱镜进入光 栏，再经光栏进入准直光管产生平行光束，在准直光管产生的平行光束经转向棱镜后一路射 在光电转换器上，对激光束进行检测，另一束经过转向棱镜进入移相分光镜，此光束在移相 分光镜上又被分为两路， 一路由参考棱镜反射为参考光路，另一路由与测头相连接的转向镜 反射为测量光路，在光电控制测力稳定传感器中光挡一端连接平行簧片另一端连接着测头， 当测头上下移动时光挡也随着测头上下移动，由于光挡位于光电管中，当光挡正好挡住光电 管的设定位置时，测头就会停止运动，与测杆相连接的测量棱镜也随着测头移动，由于参考 光路和测量光路是由同一个激光源发出的光产生的，所以频率相同，又由于随着测头移动的 测量^镜将测量光路反射给第二光电转换器，所以相位差恒定，这两路光汇合而产生干涉。
定位计数系统中由测头移动通过第二光电转换器产生sin和cos电信号，该两路信号经过"相 位调整模块"调整相差9(T的正、余弦的干涉级次变化量并送入"干涉条纹整数计数板"和 "干涉条纹小数计数板"，此时整数干涉条纹就直接计数，通过AD转换接口板输入计算机。 而干涉条纹小数部分则通过"小数计数板"，通过AD转换接口板输入计算机进行软件小数， 再由计算机进行计算测头位移相对应的脉冲数，判断是否启动定位控制器和驱动电机控制该 装置激光干涉系统中的测头停止运动。在工作台上及周围设有温度传感器、湿度传感器、气 压传感器，温度、湿度和气压测量传感器输出端连接在计算机，在对量块进行检定的过程中， 需要通过计算机对检定环境的湿度、温度、气压进行补偿。在测量开始之前，工作台上不放 置被测量块，测头保持在工作台上方设定的位置，启动开关测头自动匀速下降，当与工作台 相接触时测量力逐渐增大，当达到设定值时，光电控制测力稳定传感器发出信号延时，观U头继续下降，测量力继续增大，当达到P+AP时，P为测头静止到测头接触被测量块的距离，AP 为测头接触被测量块到测头压紧被测量块的距离，测头停降后自动提升，测量力自动减少， 当又一次达到P时发出信号，计算机开始记录与测头提升的位移相对应的脉冲数，当测头提 升与工作台脱离接触时，测量力降到最小值，当测头提升到比被测量块略高的设定位置时，
测头自动停止，设这时的计算机记录的脉冲数为/。。在工作台上放入量块，测头自动匀速下
降，当与被测量块测量面相接触时测量力逐渐增大，当达到设定值时，光电控制测力稳定传 感器发出信号延时，测头继续下降，测量力继续增大，当达到P+AP时，测头停降后自动提 升测量力自动减少，当又一次达到P时发出信号，计算机停止记录与测头下降的位移相对应
的脉冲数，设这时测头自/。下降减少的脉冲数为yi，与此同时测头自动继续提升到与被测量
块测量面脱离接触时，测量力降到最小值，测头继续提升到设定高度自动停止，于是被测量 块的长度丄可由下式表示
"(/!-/。)《 + /(20-') 式中^一脉冲当量(即所采用激光干涉条纹经过小数后，每一脉冲数所代表测量状态 f，p，/下的长度值)；
—被测量块的温度线膨胀系数，依不同材质而定； Z—被测量块的标称长度； 一被测量块在其长度测量时的温度；
本实用新型的优点是不需要与标准量块进行比较，直接测量、自动采集、自动反馈、自 动读数、精度高、稳定性好、柔性测头接触式定位的方式无需量块与平晶研合、操作简单。
Sl是装置总体结构框图2是激光干涉系统结构示意图3是光电控制测力稳定传感器结构示意图4是采用的功能模块组成图5是采用计算机工作流程图。
图2中1He-Ne激光器，2激光稳频器，3第一转向棱镜，4光栏，5准直光管，6第一 光电转换器，7第二转向棱镜，8第二光电转换器，9移相分光镜，IO参考镜，ll转向镜， 12定位控制器，13测量棱镜，14光电控制测力稳定传感器，15测头，16被测量块，17工作
5图3中18光挡，19光电管，20平行簧片，21测杆，22光电管架具体实施方式
本实用新型的装置如图1所示激光干涉系统、定位计数系统、环境参数测量系统和计算 机，其中激光干涉系统连接定位计数系统，定位计数系统和环境参数测量系统同时连接计算 机。
激光干涉系统如图2所示He-Ne激光器1连接激光稳频器2，激光稳频器2水平前方依 次设有第一转向棱镜3、光栏4、准直光管5、第二转向棱镜7、移相分光镜9、参考镜IO， 第二转向棱镜7左右水平两侧分别设有两个定位计数系统的第一光电转换器6，用于对激光 束进行检测，移相分光镜9的水平一侧设有转向镜11，转向镜11竖直下方依次设有定位控 制器12、测量棱镜13、光电控制测力稳定传感器14、测头15、工作台17，与移相分光镜9 设有转向镜11相对的一面水平设有定位计数系统中的第二光电转换器8。光电控制测力稳定 传感器14的结构如图2所示其内部由下往上依次固定平行簧片20、光挡18、光电管19,其 中，平行簧片20和光挡18固定在测杆21上，测杆21用于连接测量棱镜13和测头15，光 电管19固定在光电管架22上，光电管架22固定在光电控制测力稳定传感器14内壁上。
定位计数系统第二光电转换器将光信号转化为电信号连接相位调整模块的模拟光电信号 放大器的输入端，相位调整模块将电信号的相位调整相差9(T的正、余弦的干涉级次变化量 送入干涉条纹整数计数板和干涉条纹小数计数板，干涉条纹整数计数板和干涉条纹小数计数 板将计算得到的干涉级次连接计算机输入端，计算机的输出端连接定位控制器和驱动电机， 定位控制器用于控制测头定位，驱动电机用于控制测头移动，定位控制器另一端连接激光干 涉系统，驱动电机另一端连接激光干涉系统，判断是否启动定位控制器和驱动电机控制该装 置激光干涉系统中的测头停止运动。
环境参数测量系统温度传感器的电压输出端、湿度传感器电压输出端和气压传感器电压 输出端连接计算机对激光干涉系统中的环境进行检测。
该装置在测量开始之前，工作台17上不放置量块，测头15保持在工作台17上方设定的 位置，.启动开关测头15自动匀速下降，当与工作台17相接触时测量力逐渐增大，当达到设 定值时，光电控制测力稳定传感器14发出信号延时，测头15继续下降，测量力继续增大， 当达到P+AP， P为测头15静止到测头15接触被测量块16的距离，AP为测头15接触被测 量块16到测头15压紧被测量块16的距离，测头15停降后自动提升，测量力自动减少，当 又一次达到P时发出信号，计算机开始记录与测头15提升的位移相对应的脉冲数，当测头 15提升与工作台17脱离接触时，测量力降到最小值，当测头15提升到比被测量块16略高的设定位置时，测头15自动停止，设这时的计算机记录的脉冲数为/。。在工作台上放入被测
量块1'6，测头15自动匀速下降，当与被测量块16测量面相接触时测量力逐渐增大，当达到 设定值时，光电控制测力稳定传感器14发出信号延时，测头15继续下降，测量力继续增大， 当达到P+AP时，测头15停降后自动提升测量力自动减少，当又一次达到P时发出信号，计
算机停止记录与测头15下降的位移相对应的脉冲数，设这时测头15自/。下降减少的脉冲数 为/;，与此同时测头15自动继续提升到与被测量块16测量面脱离接触时，测量力降到最小 值，测头15继续提升到设定高度自动停止，于是被测量块16的长度Z可由下式表示
式中《一脉冲当量(即所采用激光干涉条纹经过小数后，每一脉冲数所代表测量状态 ,，p,/下的长度值)；
"一被测量块16的温度线膨胀系数，依不同材质而定； Z—被测量块16的标称长度； ,一被测量块16在其长度测量时的温度；
权利要求1、一种二等量块接触式激光干涉仪，包括激光干涉系统、定位计数系统、环境参数测量系统和计算机，其中激光干涉系统连接定位计数系统，定位计数系统和环境参数测量系统同时连接计算机，定位计数系统中光电转换器连接相位调整模块，相位调整模块的另一侧分别连接干涉条纹整数计数板和干涉条纹小数计数板，干涉条纹整数计数板和干涉条纹小数计数板的另一端连接计算机，计算机的输出端分别连接驱动电机和定位控制器，驱动电机和定位控制器的另一端连接激光干涉系统；环境参数测量系统中温度传感器、湿度传感器和气压传感器分别连接计算机，其特征在于所述的激光干涉系统包括He-Ne激光器、激光稳频器、第一转向棱镜、光栏、准直光管、第二转向棱镜、移相分光镜、参考镜、转向镜、测量棱镜、光电控制测力稳定传感器、测头，He-Ne激光器连接激光稳频器，激光稳频器水平前方设有第一转向棱镜，第一转向棱镜竖直下方依次设有光栏、准直光管、第二转向棱镜、移相分光镜、参考镜，第二转向棱镜左右水平两侧分别设有两个定位计数系统中的第一光电转换器，移相分光镜水平一侧设有转向镜，转向镜竖直下方依次设有定位计数系统中的定位控制器、测量棱镜、光电控制测力稳定传感器和测头，与移相分光镜设有转向镜相对的一面水平设有定位计数系统中的第二光电转换器。
2、 根据权利要求1所述的二等量块接触式激光千涉仪，其特征在于所述的光电控制测力 稳定传感器，包括平行簧片、光挡、光电管、测杆和光电管架，光电控制测力稳定传感器内 部由下往上依次固定平行簧片、光挡、光电管，其中，平行簧片和光挡固定在测杆上，测杆 用于连接测量棱镜和测头，光电管固定在光电管架上，光电管架固定在光电控制测力稳定传 感器内壁上。
专利摘要一种二等量块接触式激光干涉仪，包括激光干涉系统、定位计数系统、环境参数测量系统和计算机，在激光干涉系统中He-Ne激光器连接激光稳频器，激光稳频器水平前方设有第一转向棱镜，第一转向棱镜竖直下方依次设有光栏、准直光管、第二转向棱镜、移相分光镜、参考镜，第二转向棱镜左右水平两侧分别设有两个第一光电转换器，移相分光镜水平一侧设有转向镜，转向镜竖直下方依次设有定位控制器、测量棱镜、光电控制测力稳定传感器和测头，与移相分光镜设有转向镜相对的一面水平设有第二光电转换器。本实用新型的优点是直接测量、自动采集、反馈、读数、精度高、稳定性好、无需量块与平晶研合来、操作简单。
文档编号G01B9/02GK201306998SQ200820220008
公开日2009年9月9日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者涛 刘, 刘伟伟, 单纯利, 坚 吴, 姜国雁, 朱小平, 杨玉洁, 杨自本, 汪德宝, 东 王, 王剑锋, 王承钢, 穆桂荣, 赵金淳, 陈立艳, 顾小华 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司