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科技资讯S I N &T NOLOGY I NFO RM TI ON 2008NO .19
SC I EN CE &TECH NO LOG Y I N FOR M A TI O N 高新技术 1研究的目的和意义
长度测量是几何量测量中的一项重要内容，孔径测量又是长度测量中的关键技术之一。随着超精密制造及精密仪器等科学技术和现代工业生产的发展，微小内尺度零件的应用越来越广泛，其中大多为深孔或深盲孔。由于测量器具活动空间受到限制，对于深孔任意截面处的尺寸及形状误差的测量，一直是该领域的重大技术难题。 2常用光电检测方法分析
近年来，为了实现深孔孔径的高精度测量，提出了许多测量方法。按传感器与被测工件的接触方式可分为接触式测量和非接触式测量。接触法测量主要有微力接触式测量法、振动扫描法和电感测微法。非接触法主要有电容传感器测量法、光纤传感器测量法和气动法。下面就简要介绍一下这些方法的基本工作原理，并比较其优缺点。2.1接触式测量法 2.1.1微力接触式测量法
测量系统主要包括光学成像单元、照明单元、光纤触测单元和三维C NC 控制运动单元。测量系统的原理是利用光学成像系统和C CD 摄像机确定被照明的接触测头的球心位置。经拉伸及弯曲后的光纤作为“测杆”置于光学系统的光轴上，在光纤的拉伸端粘有或利用热熔化方法形成的微型触测球体。微型触测球体被调整到光学系统的焦平面内，并由光 纤另一端的冷光源照明。由被照明的触测球体反射或漫反射回来的光经光学成像系统在像平面的C CD 上形成圆形亮光斑。当系统触测工件时(触测球体相对于C C D 移动)，亮光斑的位置将发生变化。光斑中心位置的变化(与被测点的空间坐标相对应)可以利用相应的图像处理软件以亚像素的精度计算出。
2.1.2振动扫描法
李汝革振动扫描法工作原理是将微孔中的探针施以微小振幅垂直振动于微孔的内壁，当探针和内壁之间的距离逐渐缩小，探针尖端就会接触内壁产生电压。将接触的时间除以振动周期定义为效率因数，利用效率因数与探针的位置关系可计算探针与内部之间的距离，并正确快速地测量出微孔的孔径。测杆不能太长，所以该技术的不足之处是深度测量范围较小。
2.1.3电感测微法
数控系统
工件和工作台固定不动,X 向步进电机通过丝杠和X 向气浮导轨带动测量臂(即滑架)沿X 方向快速移动，带动电感测头一同移动。当测头接触工件且电感测量仪显示某个调整值时，电感测量仪发出信号,X 向电机慢速转动。当电感测量仪显示到另一调整值时，再次发出信号，则X 向步进电机停止转动，同时压电陶瓷接通电源，通过平行片簧带动电感测头微动。当电感测量仪显示值通过零点的瞬间，双频激光干涉仪对角锥棱镜的位移值进行动态采样，从而完成孔径一侧的瞄准测量。此后测量臂在X 向步进电机的带动下移动到工件另一侧进行瞄准测量，并再次测得角锥棱镜的位移值。两次位移值之差即为工件的孔径测量值。 2.2非接触式测量法
2.2.1电容传感器测量法
测量系统由双频激光干涉测长光路、超精密双向电容传感器瞄准发讯装置、位移驱动机构和主控计算机四部分组成。
电容传感器测量法原理如图1所示，直径为d 的双向电容瞄准测头沿x 轴方向运动，进入瞄准区域，当
测头和被测件孔壁之间最小间隙为δ1时，瞄准装置发出触发讯号，然后主控计算机控制瞄准测头反向运动至右侧触发点(瞄准间隙为δ2
)，运动过程中激光测长光路测得位移量为L 。由于被测件和电容瞄准装置测头初始位置误差，实际测得量为弦长，即有S 1=L +d +δ1+δ2。
适当调整二维工作台在y 轴方向上的位置，重复上述测量过程，测得一组弦长值，取其最大值得到被测孔孔径D 为:D =m ax{S 1,S 2,S 3,…}。
实验表明，对于直径5到6之间的小孔，该系统可实现深孔任意截面孔径的高精度
测量，测量分辨力达10nm ，不确定度达0.1μm 。电容法具有结构简单、测量范围大、灵敏度高、动态响应快、稳定性好、成本低的优点。
2.2.2光纤传感器测量法
fm2007妖人该系统用双频激光干涉仪或光栅尺进行测长，用光纤测头进行测量定位，利用光三角法实现了高精度的尺寸测量。
测量过程：如图2所示，首先把测头置于孔内任一点D，根据光纤输出光强来确定测头到孔径的距离D
A，然后水平移动测头M 、N 处，通过与测头一起移动的光栅尺或双频激光干涉仪的测量反射镜来确定移动距离e 1、e 2，同样确定M B 、NC 的长度。根据e 1、e 2、DA 、M B 、NC 可求出D B 、DC 、β1、β2。所以圆内任意一点D 到圆上三点A 、B 、C 的距离D A 、DB 、DC 及其角度β1、β2、β3(β3=2π-β1-β2
)可知，由三角法便可求出该圆的半径R ，实现对小孔的测量。
经检测和验收，该系统的分辨力为0.1μm ，对大于7m m 的孔径测量精度优于±1μm 。
3现有方法、技术存在的问题或需要解决的问题
经过查阅大量国内外文献，通过认真分析和比较当前最新的孔径测量技术和方法，本论文以直径9m m ～20m m 、深10m m ～100m m 的深孔为研究对象，本着简单、有效可行、高性价比的指导思想，暂拟定基于光三角法的光纤传感器测量法。
研究内容涉及自动检测技术、强度调制型光纤传感器补偿技术、双频激光干涉测长技术、数据采集技术、几何参数评定技术和软件设计方法等。虽然该研究在理论上可以达到很高的精度，但在实际过程中，由于光源波动、环境温度、光纤微损耗和被测表面反射率等因素的影响，导致测量误差比较大，因此需要采用光纤传感器补偿技术，这也是本课题研究的关键技术。
参考文献
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楼钟
准制定及进展[N ].安徽电子信息职业技术学院学报,2007,6(30):73～75.
深孔内径光电检测技术研究
杨坤徐海峰毛学良
（中国人民解放军装甲兵技术学院长春
130117）
摘要：通过阅读相关文献，首先介绍了目前孔径测量的国内外发展现状，其次介绍了测量孔径的几种方法，并比较了它们的优缺点，最
后给出了本课题研究的主要内容和相关技术。关键词：深孔孔径测量精度传感器中图分类号:TN2文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2008)07(a)-0001-
阿伐斯汀
01
图光纤传感器测量原理图
图1电容法测量原理图
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