专利名称:高精度双边差动式光电显微镜的制作方法
本产品属于长度计量仪器(按国际分类编号为GO1类)本产品作出以前，长度计量用的光电显微镜一般只用于线纹瞄准，其结构为狭缝振子式或双管光度式，少数可瞄轮廓的光电显微镜也只能瞄准简单轮廓，其结构通常为光电电桥式，瞄准极限误差约±0.2μm，对于小尺寸，形状复杂而且精度要求高的工件(例如千分尺丝杆、仪表用齿轮等)，测量精度远不能满足要求。
现有的光电显微镜采用实物成实像的方法，光电器件位于光学系统的像面上，其主要缺点为(1)光学系统的倍数不能太大(一般为8倍)，因而灵敏度较低；(2)倍数一经确定就不能改变，通用性差；(3)对光电器件的安装要求高。
本产品便是针对上述问题，解决高精度丝杆和钟表齿轮轮廓以及其它轮廓、线纹等进行动态瞄准，其瞄准极限误差3σ≤±0.07μm。
本产品的要点在于瞄准部份系自行研制的双边差动式装置，其光学系统如附图(1)所示，光源(1)经聚光镜(2)发出平行光照亮工件(3)，工件(3)由显微镜(4)成像在像面(5)上，像面(5)位于显微镜系统(7)的1倍焦距以内焦点F2附近，由于遮光效应以及小孔成像原理，在显微镜(7)的像方焦点F′2后面的阴影区(9)内设一光电接收器(10)便可接到物体(3)的像，改变光电接收器(10)与焦点F′2之间的距离，即可改变像的大小，在焦点F′2处设置一分光镜〔8〕则在阴影区〔11〕内设一光电接收器〔12〕便可接收光信号，同样地，改变接收器〔12〕与焦点F′2之间的距离，可改变光学像的大小。
光电接收器由两块2CR型硅光电池组成，硅光电池A与B的直径可根据实际要求选取(推荐为φ3mm)，光电瞄准方式为双边差动式，即利用硅光电池A与B的信号经差动放大后的零点做为瞄准点，根据不同用途，硅光电池A与B有以下几种排法(见附图2)(1) 被测件是螺纹牙廓或小模数齿轮齿廓时，按图2a排列，当工件运动时输出信号如图2a′所示，将A与B的中心调整在工件像的中径线与齿廓的交点处，则A与B处于半明半暗，输出电压相等，VA－VB输出为零，这个状态即可认为是瞄准状态，输出电压情况是图2a′。
(2) 被测件为其它几何形状(如一个半圆)可按图2b排列，这时硅光电池A不瞄在工件轮廓上，而是安置在一块挡光板〔1〕后面，其输出为一直流电平，硅光电池B瞄在工件〔2〕轮廓上，输出电压如图2b′所示，将VA与VB差动放大，则其零点即可做为瞄准信号。
(3) 被测件为线纹尺寸时，按图2C排列，调整硅光电池A与B，使VA与VB相位相差90°，如图2C′所示，将VA与VB差动放大，则零点可做为瞄准信号。
用施密特过零触发器鉴别零信号，即可获得瞄准脉冲。
本产品的光学系统利用了遮光效应及小孔成像原理，光学像清晰，并可连续变倍，因此对倍率、光强、光电接收面积等影响精度的主要因素进行正交试验以确定最佳匹配参数。
本产品的转换部份采用了双边差动式转换方法，有效地抑制了光漂，在测量螺纹、齿轮及线纹等对称工件时，还可减少机械运动及装夹部份带来的误差。
本产品还设置了与光电瞄准部份同步的人眼观察窗，便于调整工件位置。
本产品与现有光电显微镜相比，具有以下优点(1) 由于改变了光电接收器到分光镜的距离，可以改变光学放大率，亦即光学系统可连续变倍，当两者距离为120mm时，放大率约为30倍。
(2) 人眼可对工件位置进行观察监视，使用方便。
(3) 理论上可在无限大的空间内获得清晰度，实际上也可在足够大的距离内获得清晰度，因而光电接收器的位置无需精确调整便可获得高精度。
(4)由于利用了现成的光学系统，因而制作简单，光学部份无需专门设计，只要将分光镜置于测量显微镜的出瞳处，在相应距离上设置光电接收器以及观察窗即可。
发明人(设计人)曾作了一个实施例，研制成功了微电脑激光丝杆螺距测量仪，可对螺距0.3～1mm、中径4～20mm、螺纹长度1～100mm的各种规格的小丝杆螺距进行测量，单次测量的标准误差σ＝0.1μm，测量速度为60mm／min，与现行的万能工具显微镜相比，精度提高了一个数量级，测量速度提高20余倍。
在本实施例中，采用光电瞄准、激光测长、微型计算机控制测量过程并处理数据，主要测量参数显微镜〔4〕与显微镜〔7〕(见附图1)的组合放大率为50×(视场直径大于4mm，镜板距大于50mm)，人眼观察屏〔10〕与分光镜〔9〕的距离为120mm，光电接收器〔12〕与分光镜〔9〕的距离为150mm，硅光电池A与B(见附图2)的直径为φ3mm，排列方式采用图2a所示的方式，光电瞄准极限误差3σ＝±0.07μm，测量极限误差为3σ≤±0.3μm。
权利要求
1.一种高精度双边差动光电显微镜，由光源(1)经聚光镜(2)发出平行光照亮工件(3)，工件(3)由显微镜(4)成像在像面(5)上，其特征在于像面(5)位于显微镜系统(7)的1倍焦距以内焦点F2附近，在显微镜(7)的像方焦点F′2后面的阴影区(9)内设一光电接收器(10)便可接到物体(3)的像，改变光电接收器(10)与焦点F′2之间的距离，即可改变像的大小。
专利摘要
一种高精度双边差动式光电显微镜，属于长度计量仪器。其主要特征在于光电转换部分采用了双边差动式转换方法，有效地抑制了光漂；光电系统利用遮光效应及小孔成像原理，光学像清晰，并可连续变倍。因此，对倍率、光强、光电接收面积等影响精度的主要因素，进行正交试验以确定最佳匹配参数。该显微镜用于小尺寸、形状复杂且精度要求高的工件(如千分尺丝杆螺纹及仪表齿轮轮廓等)进行动态瞄准，其瞄准极限误差3σ≤±0.07μm。
文档编号G01B11/02GK86200360SQ86200360
公开日1987年10月28日 申请日期1986年1月18日
发明者贾友义, 江涛 申请人:青海量具刃具厂, 青海省计量局导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan