一种量块测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种量块测量装置和及方法，进行量块测量时，消除外界干扰，具有高的精度和可靠性。使用量块测量装置，进行基准测量得到干涉光谱S1和S2，进行量块测量得到干涉光谱P1和P2；由S1获得光线21和22的光程差D

【技术实现步骤摘要】
一种量块测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及光学检测
，尤其涉及一种量块测量装置及方法。

技术介绍

[0002]量块是长度计量中最基本的实物量具之一，将量块作为计量标准器，对计量仪器、量具和量规等示值误差进行检定，再通过这些计量器具对机械尺寸进行测量，从而可使各种机械产品的尺寸溯源到长度基准。量块是具有一对相互平行测量面的实物量具，量块的形状通常为截面呈矩形的六面体，其作用包括：(1)作为长度标准，传递尺寸量值；(2)作于检定测量器具的示值误差；(3)作为标准件，用比较法测量工件尺寸，或用来校准、调整测量器具的零位；(4)用于直接测量零件尺寸；(5)用于精密机床的调整和机械加工中精密划线。
[0003]现有的量块检测技术分为两类，第一类是接触测量技术，这种方法误差较大，而且接触测量不符合国际标准规定，逐渐被淘汰。第二类是非接触方法，使用光学干涉技术，目前都是利用小数重合法结合单色光干涉技术，但是由于单色光干涉技术的测量范围小于一个波长，只能得到测量值的小数部分，因此需要使用多个单色光进行测量，由多个单色光的结果计算测量值的整数部分。
[0004]专利“一种基于白光干涉的量块测量装置及方法”(CN113251897A)公开了一种基于白光干涉的量块测量装置及方法，结合傅里叶变换的频率和相位，实现了基于白光干涉的量块测量，这种方法的优点是替代了小数重合法，但是存在缺陷如下：(1)由于白光干涉的测量范围有限，而量块长度变化较大，为了测量不同长度的量块，需要移动参考镜，改变参考臂的光程，以适合不同的量块测量，而移动参考镜，会引入震动，影响测量精度；(2)需要分别测量标准量块和待测量块，比较两者的差异，由于标准量块和待测量块是在不同的时间测量，外界干扰的变化，会引入不同的影响，影响测量可靠性；(3)干涉光谱的初始相位影响干涉光谱的解调精度，初始相位一般是未知的，在现有技术中，一般是忽略初始相位，得到低精度解。专利“一种谱域低相干光干涉光程差解调方法”(CN110361099A)公开了一种计算干涉光谱初始相位的方法，但是这种方法需要使用多次迭代方法，速度较慢。
[0005]综上，目前量块测量技术存在以下缺陷：(1)使用单色光干涉技术，测量长度和光源波长成比例，因此要求光源具有高稳定性，但是光源在使用光程中，由于发热等因素的影响，会出现波长漂移，影响精度；(2)需要使用多个波长重复测量，导致系统复杂，测量时间较长，而且在不同波长测量时，如果环境影响出现变化，则影响测量精度，因此对测试环境稳定性要求高；(3)由于白光干涉的测量范围有限，而量块长度变化较大，为了测量不同长度的量块，需要移动参考镜，改变参考臂的光程，以适合不同的量块测量，而移动参考镜，会引入震动，影响测量精度；(4)需要分别测量标准量块和待测量，比较两者的差异，由于标准量块和待测量块是在不同的时间测量，外界干扰的变化，会引入不同的影响，影响测量可靠性；(5)干涉光谱的初始相位影响干涉光谱的解调精度，初始相位一般是未知的，在现有技术中，一般是忽略初始相位，得到低精度解。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供了一种量块测量装置及方法，进行量块测量时，消除外界干扰，具有更高的精度和可靠性。
[0007]本专利技术实施例提供了一种量块测量装置，具体包括：宽带光源1发出的光经过光纤2到耦合器3，由耦合器3分成两路，分别进入光纤4和光纤5,从光纤4和光纤5输出的光分别进入探测端20，从探测端20返回的光通过光纤4和光纤5返回耦合器3，并进入光纤14，经光纤14输出的光经透镜15准直，照射到光栅16，被光栅16衍射的光经透镜17成像于相机18，相机18输出干涉光谱给计算机19进行处理；
[0008]探测端20为四边形，光纤4和光纤5分别从探测端20的两个对角处输入并分别连接准直器6和准直器13，准直器6和准直器13分别连接分光棱镜7和分光棱镜12；探测端20的另外两个对角处分别设置有反射镜8和反射镜11，反射镜接收分光棱镜的光并进行反射；
[0009]基准测量时：探测端20内的准直器6和准直器13分别从光纤中接收光并经准直后分别输出给分光棱镜7和分光棱镜12；分光棱镜7将光路分为光路21和光路22，光路21经反射镜11反射进入分光棱镜12，光路22经反射镜8反射进入分光棱镜12，两路21和22在分光棱镜12中合光成为光路S1，光路S1进入准直器13，经光纤5返回耦合器3，并进入光纤14；分光棱镜12将光路分为光路23和光路24，光路23经反射镜11反射进入分光棱镜7，光路24经反射镜8反射进入分光棱镜7，两路光在分光棱镜7中合光成为光路S2，光路S2进入准直器6，经光纤4返回耦合器3，并进入光纤14；经传递后，光路S1和S2在相机18生成干涉光谱，并输出给计算机19处理；
[0010]量块测量时：将待测量块25放入分光棱镜7和反射镜11之间，将标准量块26放入分光棱镜12和反射镜8之间，光路21经待测量块25的左端面反射进入分光棱镜7，光路22经标准量块26的左端面反射进入分光棱镜7，两路反射光在分光棱镜7中合光成为光路P1，光路P1进入准直器6，经光纤4返回耦合器3；光路23经待测量块25的右端面反射进入分光棱镜12，光路24经标准量块26的右端面反射进入分光棱镜12，两路反射光在分光棱镜12中合光成为光路P2，光路P2进入准直器13，经光纤5返回耦合器3；经传递后，光路P1和P2在相机18生成干涉光谱，并输出给计算机19处理。
[0011]一种较佳的实施方式，分别对得到的光路S1、S2、P1和P2进行高通滤波和低通滤波处理后传递给计算机19。
[0012]本专利技术实施例提供了一种量块测量方法，具体包括：
[0013]步骤A：使用上述量块测量装置，进行基准测量得到干涉光谱S1和S2，进行量块测量得到干涉光谱P1和P2；
[0014]步骤B：由S1获得光路21和22的光程差D
s1
，由S2获得光路23和24的光程差D
s2
，由P1获得光路21和22的光程差D
P1
，由P2获得光路23和24的光程差D
P2
；
[0015]步骤C：计算待测量块25和标准量块26的长度差
[0016]Δ＝(D
S1
+D
S2
)/2
‑
(D
P1
‑
D
P2
)/2，标准量块26的长度与长度差之和，即为待测量块25的长度。
[0017]一种较佳的实施方式，对得到的干涉光谱进行高通滤波和低通滤波处理，分别得到干涉光谱S1、S2、P1和P2。
[0018]一种较佳的实施方式，光程差D
s1
获得步骤包括：
[0019]B1：设待测量D
s1
等于d，干涉光谱S1经过滤波及整形，表示为I(k
n
，d＝)＝cos(k
n
d+θ0)，k
n
为波数，θ0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量块测量装置，其特征在于：宽带光源(1)发出的光经过光纤(2)到耦合器(3)，由所述耦合器(3)分成两路，分别进入光纤(4)和光纤(5),从所述光纤(4)和所述光纤(5)输出的光分别进入探测端(20)，从所述探测端(20)返回的光通过所述光纤(4)和所述光纤(5)返回所述耦合器(3)，并进入光纤(14)，经所述光纤(14)输出的光经透镜(15)准直，照射到光栅(16)，被所述光栅(16)衍射的光经透镜(17)成像于相机(18)，所述相机(18)输出干涉光谱给计算机(19)进行处理；所述探测端(20)为四边形，所述光纤(4)和所述光纤(5)分别从所述探测端(20)的两个对角处输入并分别连接所述准直器(6)和所述准直器(13)，所述准直器(6)和所述准直器(13)分别连接所述分光棱镜(7)和所述分光棱镜(12)；所述探测端(20)的另外两个对角处分别设置有所述反射镜(8)和所述反射镜(11)，反射镜接收分光棱镜的光并进行反射；基准测量时：所述探测端(20)内的所述准直器(6)和所述准直器(13)分别从光纤中接收光并经准直后分别输出给所述分光棱镜(7)和所述分光棱镜(12)；所述分光棱镜(7)将光路分为光路(21)和光路(22)，所述光路(21)经所述反射镜(11)反射进入所述分光棱镜(12)，所述光路(22)经所述反射镜(8)反射进入所述分光棱镜(12)，所述光路(21)和(22)在所述分光棱镜(12)中合光成为光路S1，所述光路S1进入所述准直器(13)，经所述光纤(5)返回所述耦合器(3)，并进入所述光纤(14)；所述分光棱镜(12)将光路分为光路(23)和光路(24)，所述光路(23)经所述反射镜(11)反射进入所述分光棱镜(7)，所述光路(24)经所述反射镜(8)反射进入所述分光棱镜(7)，两路光在分所述光棱镜(7)中合光成为光路S2，所述光路S2进入所述准直器(6)，经所述光纤(4)返回所述耦合器(3)，并进入所述光纤(14)；经传递后，所述光路S1和S2在所述相机(18)生成干涉光谱，并输出给所述计算机(19)处理；量块测量时：将待测量块(25)放入所述分光棱镜(7)和所述反射镜(11)之间，将标准量块(26)放入所述分光棱镜(12)和所述反射镜(8)之间，所述光路(21)经所述待测量块(25)的左端面反射进入所述分光棱镜(7)，所述光路(22)经所述标准量块(26)的左端面反射进入所述分光棱镜(7)，两路反射光在所述分光棱镜(7)中合光成为光路P1，所述光路P1进入所述准直器(6)，经所述光纤(4)返回所述耦合器(3)；所述光路(23)经所述待测量块(25)的右端面反射进入所述分光棱镜(12)，所述光路(24)经所述标准量块(26)的右端面反射进入所述分光棱镜(12)，两路反射光在所述分光棱镜(12)中合光成为光路P2，所述光路P2进入所述准直器(13)，经所述光纤(5)返回所述耦合器(3)；经传递后，所述光路P1和P2在所述相机(18)生成干涉光谱，并输出给所述计算机(19)处理。2.一种量块测量方法，其特征在于：步骤A：使用如权利要求1所述的量块测量装置，进行基准测量得到干涉光谱S1和S2，进行量块测量得到干涉光谱P1和P2；步骤B：由所述S1获得未加量块时所述光路21和22的光程差D
s1
，由所述S2获得所述光路23和24的光程差D
s2
，由所述P1获得加量块时所述光路21和22的光程差D
P1
，由所述P2获得所述光路23和24的光程差D
P2
；步骤C：计算所述待测量块25和所述标准量块26的长度差Δ＝(D
S1
+D
S2
)/2
‑
(D
P1
‑
D
P2
)/2，所述标准量块26的长度与长度差之和，即为所述待测量块25的长度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对得到的干涉光谱进行高通滤波和低通滤波处理，分别得到干涉光谱所述S1、S2、P1和P2。
4....

【专利技术属性】
技术研发人员：王一洁，王毅，赵效楠，沈建东，唐亮，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：