[发明专利]一种凹面镜反射成像式光杠杆微位移测量系统

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及微小位移高精度测量系统及方法。

背景技术

微小位移是在工程设计、机械制造、材料加工等过程中必须充分考虑的一个关键因素。现有的检测方法一般是通过千分表、传统的光杠杆、霍尔传感器、光的干涉等工具进行测量，这些方法制造成本较高、不便调节，读数困难，测量效率低、不直观。

发明内容

 本方明提出一种凹面镜反射成像式光杠杆微位移测量系统和方法，该系统利用凹面镜发射成像对微小位移进行放大，精确测量，制造成本较低、形象直观、易于操作。

为了测量位移的微小长度变化，本系统采用光杠杆原理对微小位移进行多级放大，通过对放大位移的测量，间接测量出微小的位移变化。

本发明的技术方案如下：

一种凹面镜反射成像式光杠杆微位移测量系统，包括凹面镜反射成像式光杠杆、平行光筒、支架和标尺；其特征在于：

所述的凹面镜反射成像式光杠杆包括第一支架、光杠杆和球面镜；光杠杆的后脚尖放置于待测物体的上端，前脚尖放置于支架的上端平台上，球面镜固定于光杠杆的前脚尖的正上方，球面镜的前后倾角可以调节；

所述的平行光筒和标尺安装在第二支架上；所述平行光筒包括外筒、从前往后依次装在外筒内的玻璃镜片、会聚透镜和灯泡；玻璃镜片上刻“十”字标线，会聚透镜和灯泡之间的外筒部分带可以调节外筒长短的螺纹和散热孔，所述平行光筒通过电源线接220V交流电源，所述标尺为毫米刻度尺。

将平行光筒放置在球面镜正前方的焦距处，打开电源，调节螺纹使灯泡发出的光线经过会聚透镜和玻璃镜片形成平行光束，让平行光束正射到球面镜，光线经球面镜发射后在标尺（4）上某一刻度处成清晰的“十”字像。

当光杠杆的后脚尖下端发生微小位移ΔL时，球面镜发生倾斜，上述“十”字像在标尺上的刻度变化到另一刻度，测量“十”字像在标尺上的刻度变化量Δn、平行光筒到光杠杆前脚尖的距离D、光杠杆前脚尖和后脚尖的距离b，根据公式                                                ，计算得到微小位移ΔL。

本发明有如下优点：能对微小位移进行准确测定，检测速度快、精度高、可靠性强、形象直观，操作简单，制造成本低，可以为工程设计、机械制造、材料加工提供科学依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的平行光筒结构示意图；

图3是本发明光杠杆结构示意图；

图4是本发明的光杠杆放大原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

如图1所示，反射成像式光杠杆由支架8、光杠杆7和球面镜6组成。光杠杆7的后脚尖7-1放置于待测物体的上端，前脚尖放置于支架8的上端平台上，球面镜6固定于光杠杆的前脚尖（7-2、7-3））的正上方，球面镜6的前后倾角可以调节，如图3所示。

所述的平行光筒2和标尺4安装在第一支架5上，平行光筒2由灯泡2-4、外筒2-2、会聚透镜2-3、玻璃镜片2-1组成。玻璃镜片2-1上刻有“十”字标线，会聚透镜2-3和灯泡2-4之间的外筒2-2部分带可以调节外筒2-2长短的螺纹2-5和散热孔2-6。标尺4为毫米刻度尺，电源线3连接平行光筒2和220V交流电源1。

测量时，将平行光筒2放置在球面镜6正前方的焦距处，打开电源，调节螺纹2-5使灯泡2-4发出的光线经过会聚透镜2-3和玻璃镜片2-1形成平行光束，让平行光束正射到球面镜6，光线经球面镜6发射后在标尺4上某一刻度处B成清晰的“十”字像。

当被测物体有一个微小位移ΔL 后，光杠杆的后脚尖7-1下端发生微小位移ΔL，球面镜6发生倾斜，绕前脚尖7-2、7-3轴线偏转微小角度Δα，上述“十”字像在标尺4上的刻度变化到另一刻度A，测量“十”字像在标尺4上的刻度变化量Δn、平行光筒2到光杠杆前脚尖7-2、7-3的距离D、光杠杆的前脚尖7-2、7-3和后脚尖7-1的距离b。

如图4所示，球面镜6偏转微小角度Δα：

                                                       （1）

                                                （2）

b 为光杠杆后支点7-1到脚尖7-2、7-3轴线的垂直距离，由于Δα非常小，所以，可以近似有：