PAGEPAGE13光電讀數(shù)及細(xì)分§7-1幾種常用的目視光學(xué)細(xì)分系統(tǒng)一.概述工件測(cè)量就是將標(biāo)準(zhǔn)器與被測(cè)對(duì)象比較。測(cè)量中，測(cè)得量是標(biāo)準(zhǔn)器最小檔量（分劃值）的整數(shù)倍，可立即讀出讀數(shù)，不足一個(gè)分化值部分，可估讀；要確切知道更詳細(xì)，則必須對(duì)小數(shù)部分細(xì)分。細(xì)分也就是有限度的，如1mm，0.1mm（低精度）。“絲”0.01mm（中），0.001mm（高），0.00001mm（更高）。并不是數(shù)字上的無(wú)限細(xì)分。工件鋼尺鋼尺讀數(shù)與細(xì)分系統(tǒng)可分為：瞄準(zhǔn)瞄準(zhǔn)機(jī)械式——絲桿測(cè)微，游標(biāo)卡尺瞄準(zhǔn)瞄準(zhǔn)圖7—1—圖7—1—1光電式——計(jì)量光柵，光電碼盤，光信號(hào)→電信號(hào)→電信號(hào)細(xì)分解釋：1.直接細(xì)分：用一把分化值更小的尺子測(cè)量小數(shù)部分，通常用光學(xué)顯微的方法把主尺一格放大到分劃板上進(jìn)行細(xì)分，見(jiàn)帶尺讀數(shù)測(cè)量部分）。2.螺旋測(cè)微：螺旋/分度數(shù)＝0.1mm/100＝0.001mm鼓輪上每格代表1um例：絲桿式目鏡測(cè)微器。3.游標(biāo)細(xì)分原理：已知：主尺上（n－1）個(gè)分度長(zhǎng)度尺寸與游標(biāo)尺上n個(gè)分度長(zhǎng)度相等。（n－1）?l=n?l’………(1)則：讀數(shù)＝主尺讀數(shù)+——與主尺標(biāo)線重合的游標(biāo)標(biāo)線序號(hào)——游標(biāo)讀數(shù)值證：由（1）式主尺分度尺寸與游標(biāo)分度尺度之差兩邊同乘以放大倍數(shù)K換算成分度值 為分度值，機(jī)械游標(biāo)012345678910012345678910012345678910主尺主尺9格長(zhǎng)度等于游標(biāo)10格長(zhǎng)度游標(biāo)尺圖7—1—2小數(shù)部分被測(cè)量值012345678910012345678910主尺游標(biāo)尺012345678910瞄準(zhǔn)X(X’)圖中：X=7*0.1=0.7mm圖7—1—3n=10～50，不能太大為了獲得更小的細(xì)分，可用光學(xué)游標(biāo)裝置，游標(biāo)分劃值可達(dá)5um游標(biāo)卡尺，二.光學(xué)機(jī)械式讀數(shù)細(xì)分裝置1光源2濾光片1光源2濾光片3度盤（標(biāo)尺）4物鏡5分劃板6目鏡顯微系統(tǒng)視場(chǎng)120度盤上分劃板上圖7—1—4①度盤(直接細(xì)分法)②.直分尺讀數(shù)顯微鏡(直接細(xì)分法)圖7圖7—1—5⒉絲桿式目鏡測(cè)微器（千分尺）圖7—1—6絲桿式目鏡測(cè)微器讀數(shù)原理圖7—1—6絲桿式目鏡測(cè)微器讀數(shù)原理5.6540mm5.6540mm圖7圖7—1—6絲桿式目鏡測(cè)微器讀數(shù)原理解釋固定分劃板（上有1/10分度值）活動(dòng)分劃板（上有11對(duì)雙刻線）原理：鼓輪轉(zhuǎn)一圈,活動(dòng)分劃板移動(dòng)一個(gè)分度(0.1mm),鼓輪上等分100格,故每格的分度值0.1mm/100＝0.001mm＝1um；讀數(shù)鼓輪為0值時(shí)，雙刻線瞄準(zhǔn)0.1mm標(biāo)線。讀數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺桿，使雙刻線夾?。闇?zhǔn)）主尺標(biāo)線象，就可在讀數(shù)鼓輪上得到不足0.1mm的小數(shù)部分。（見(jiàn)下圖）6X6X5小數(shù)部分實(shí)際是兩次瞄準(zhǔn)：5瞄準(zhǔn)刻線“6”，鼓輪讀數(shù)為“0”瞄準(zhǔn)刻線“5”，鼓輪讀數(shù)為“54”兩者之差54um即為小數(shù)部分習(xí)題1：絲桿式目鏡測(cè)微器讀數(shù)為8.7650mm,畫出讀數(shù)視場(chǎng)圖及螺旋測(cè)微圖。9圖79圖7—1—7平板擺動(dòng)測(cè)微器活動(dòng)分劃板上固定分劃板上主尺像（在固定分劃板上）讀數(shù)7.1630mm5－端面凸輪6－杠桿7－平板玻璃8－活動(dòng)分劃板5－端面凸輪6－杠桿7－平板玻璃8－活動(dòng)分劃板9－主尺1－目鏡2－固定分劃板（主尺像成在上面）3－手輪4－錐齒輪副與測(cè)微目鏡比較,平板擺動(dòng)測(cè)微器主尺像相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式有所不同:從測(cè)微目鏡中的“雙刻線對(duì)準(zhǔn)主尺像”－>變成平板擺動(dòng)測(cè)微器中的“主尺像對(duì)準(zhǔn)雙刻線”優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)視場(chǎng)中讀出所有讀數(shù)。讀數(shù)原理：11對(duì)雙刻線及圓分劃板指標(biāo)（“”）固定不動(dòng)；調(diào)手輪3，通過(guò)錐齒輪副、端面凸輪及正切機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)平板玻璃擺動(dòng)；使主尺像對(duì)準(zhǔn)雙刻線，則小數(shù)部分在活動(dòng)分劃板上讀出。一個(gè)式子的證明：主尺像的位移量與平板玻璃參數(shù)（n,d）.及其轉(zhuǎn)角的關(guān)系。證明：由《應(yīng)用光學(xué)》P864－6式知：平板轉(zhuǎn)角與像位移Z的關(guān)系為NdβαNNdβαNN’N’ZDGE圖7-1-8（解釋：空氣入射角：，折射角：，（折射定律） ＝把代入上式得＝＝＝把代入上式得z＝泰勒展開(kāi)有：以線性函數(shù)代替，有上式的近似誤差可認(rèn)為是第二項(xiàng)相對(duì)誤差當(dāng)n＝1.52(k9玻璃)；當(dāng)時(shí),，當(dāng)時(shí)，,偏大了。將（2）式中的代換，以補(bǔ)償（1）式中的余項(xiàng)（還原一部分），并且是以相對(duì)誤差作對(duì)比為衡量標(biāo)準(zhǔn)。令＝（4）式與（2）式的相對(duì)誤差令（3）式＝（5）式即（有相同的相對(duì)誤差則認(rèn)為(1)與（4）更貼近了。取選用K9（n＝1.52），在采用正切機(jī)構(gòu)的情況下，可用以下近似公式來(lái)描述影像擺動(dòng)量＝刻畫都可以采用線性，得證。平板玻璃端面凸輪S（）平板玻璃端面凸輪S（）r圖7-1-9圖7-1-9例：已知：凸輪半徑r＝15mm，升程，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角時(shí)，平板轉(zhuǎn)角由下式?jīng)Q定：r＝任一點(diǎn)位移量，，正反向，Z與還是線性關(guān)系。注：如果不用正切機(jī)構(gòu)，而改用齒輪機(jī)構(gòu)，則與手輪轉(zhuǎn)角是線性關(guān)系，沒(méi)有修正。與手輪轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。與手輪轉(zhuǎn)角不成線性關(guān)系。習(xí)題2：平板擺動(dòng)測(cè)微器中，平板厚度d=10mm,選用K9玻璃；凸輪半徑r＝15mm，升程，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角時(shí)，求刻線像的位移量?，F(xiàn)在位置分劃板4.透鏡測(cè)微器現(xiàn)在位置分劃板h物hO’O’現(xiàn)光軸F’AO’O’現(xiàn)光軸F’A’OOS物方主光線原光軸FAOOS物方主光線原光軸FA原來(lái)位置原來(lái)位置f’f’圖7-1-10圖7-1-10透鏡原來(lái)光軸，移動(dòng)h后，透鏡光軸為；物體（主尺）不動(dòng)，物體的像（主尺像）從A移到，則根據(jù)∽，得，即（）長(zhǎng)焦距越大，靈敏度越高(dh/dZ越高)。主尺（物）0.1mm（主尺像移動(dòng)，在固定分劃板上1格，在活動(dòng)分劃板上100格,M為總放大倍率）。圖7-1-10透鏡測(cè)微器的思想可用于微透鏡激光掃描器。主尺像在活動(dòng)分劃板上在固定分劃板上圖7-1-11主尺像在活動(dòng)分劃板上在固定分劃板上圖7-1-11圖7-1-12圖7-1-12習(xí)題3：已知圖7-1-11中鼓輪2的螺距為1mm,分劃板6到透鏡4的距離S=20mm，透鏡焦距f’=100mm。求：當(dāng)鼓輪旋轉(zhuǎn)300，主尺像在分劃板上移動(dòng)距離。習(xí)題4：如圖所示微透鏡陣列線性掃描器。L1、L2微透鏡陣列對(duì)組成伽俐略型望遠(yuǎn)系統(tǒng)，L2作橫向微位移x,可使聚焦光斑在L3的后焦面上實(shí)現(xiàn)線性掃描S,L1、L2、L3的焦距分別為f1、f2、f3。（1）．證明：S=f3x/f2(2).若f3=1000mm,f2=1mm,求掃描的靈敏度。xx當(dāng)L2相對(duì)于L1做一維橫向位移△X時(shí)，輸出光束的偏轉(zhuǎn)角為：（1）此時(shí)，偏轉(zhuǎn)光束經(jīng)L3聚焦后，光斑在L3的焦平面上的位移量為：S=f3△X（2）圖3:掃描系統(tǒng)光學(xué)原理圖f3當(dāng)L2圖3:掃描系統(tǒng)光學(xué)原理圖f3（1）此時(shí)，偏轉(zhuǎn)光束經(jīng)L3聚焦后，光斑在L3的焦平面上的位移量為：圖3:掃描系統(tǒng)光學(xué)原理圖f3圖3: