淺析長管平行度測量方法

【摘 要】本文主要介紹了平行度概念，以及平行度測量對于儀器制造的重要意義，并闡述了幾種國內外常用的平行度測量方法，并進行了分析和比較。

【關鍵詞】平行度 平面 直線

一、引言

隨著生產與科技的發展，加工精度的不斷提高和加工對象的不斷變化，各種儀器的技術含量也越來越高，對測量精度的要求越來越高。無論是在國民工業還是軍事工業中，一些設備上常安裝有長圓軸工件，其中長管的平行度是作為判定該儀器性能很重要的一個性能指標，在構建儀器的過程中占著舉足輕重的地位。長管平行度指各個管軸線與基準軸線的平行程度，該參數的大小將直接影響儀器工作時精度。長管平行度作為其綜合評價參數之一，可為其儀器的設計、制造與儀器綜合性能的分析與實驗提供依據。

二、平行度的概念

平行度指兩平面或者兩直線平行的程度，指一平面（邊）相對于另一平面（邊）平行的誤差最大允許值。平行度評價直線之間、平面之間或直線與平面之間的平行狀態。

三、平行度的測量方法

目前國內外此類最常采用的平行度測量方法主要有投影靶法、百分表法、大口徑平行光管法、小口徑平行光管法、激光光軸儀法、五棱鏡法和自準直法。

1. 投影靶板法

投影靶板法是利用一個放置在遠處的靶板來接受從被測儀器出瞳射出的激光束，將各光軸投影到靶板上。各光軸的相互間便是靶板上各光軸投影的間隔，沿著光路的方向看，各光軸與靶板上的投影點之間是鏡像關系，通過比較間隔的差異來反映平行于否。這種方法既可以在野外使用，也可以在室內使用該系統結構簡單，由激光器、被測系統、靶板和相應的導軌、基座組成。

2. 百分表法

有些機械如汽車的底盤軸的主副滾筒軸線平行度的測量，在滾筒側壁安置百分表，然后轉動其一滾筒用百分表在滾筒軸向兩端測定主、副滾筒內側母線的之間的距離，分別測量兩根軸的兩端間距跳動，然后代入兩軸軸線間距的函數關系即可求出平行度。

3. 大口徑平行光管法

以望遠鏡為例，被光源照明的目標分劃板處于平行光管物鏡（由于口徑較大，一般可用反射物鏡）的焦面上，經由平行光管物鏡出射的平行光線通過被測望遠鏡后，再經過會聚物鏡成像于毛玻璃屏上，如果望遠鏡左右兩系統光軸是平行的，則通過望遠鏡出射的兩束平行光在屏上成的像重合在一起。如果望遠鏡左右兩系統光軸不平行，則通過望遠鏡出射的兩束平行光在屏上的像不重合，其分開的程度d即為測量值W（由于屏上的目標像是無限遠物體的像，所以屏上A與B之間的距離代表了物方兩支共軛光線間的角值）。如果在光路中進行技術處理，可使左右兩出射光束所成目標像的顏色不同，還可以根據左右目標像的位置確定它們是會聚或發散。整個操作過程是將光路各部分放置好，打開電源照亮分劃板，從毛玻璃上觀察目標像，測出目標之間的距離，處理數據即可得到平行度。

4. 小口徑平行光管法

工作原理就是在小口徑平行光管的焦點處放置一點光源或者靶標，經小口徑平行光管之后，變為平行光出射，由于口徑小的緣故，平行光束一般很難浸沒整個被測系統，因此需要借助于分光鏡和反光鏡、五棱鏡、斜方棱鏡等裝置使平行光束分別進入各個子系統。測試時，用光源照明處于平行光管焦面上的靶標，或發射激光照射靶標產生光斑，再經由平行光管進入被測系統，最后在被測系統的視場中觀察，如果落在各個子系統的中心，說明被測系統的各個光軸是平行的，如果沒有落在各個子系統的中心，說明不平行，需要調校，并給出各光軸之間的偏差量。該系統一般由光源、星點孔或者靶標、小口徑平行光管、五棱鏡或斜方棱鏡和相應的導軌和基座等構成。

5. 五棱鏡法

檢測過程是由激光器發出的激光光束，經斜方棱鏡（可繞豎軸轉動）依次進入望遠鏡的左右鏡筒，從出瞳射出的出射光束通過可移動的五棱鏡被折轉90°進入位于焦平面上的二維位置檢測器件（PSD），在PSD上的位置信息可以反映出兩光軸的平行差。當PSD上光點偏移中心點時，說明光軸不平行，反之平行。改變望遠鏡目距可檢測不同狀態下的光軸平行性，直到調整至任何目距下光點與PSD中心均重合。

6. 自準直法

在很多測量平面平行度中常采用自準直的方法，來測量其兩個平面的平行性誤差。在待測的平面上聯接有平面反射鏡，由自準直儀發出準直光，經五角棱鏡轉向后，光束入射在相應的反射鏡上并且反射回來，然后再經過五角棱鏡入射回至自準值儀中，由探測器測量出不同平面反射鏡反射回來光束的位置，與出射光束相比較，經相應的函數運算后可以求出不同平面的平行度情況。類似的原理可以測量某些管或軸類的軸向平行度。在管類或軸類零件上聯接反射，與軸線方向平行，然后可以進行自準直測量。

四、幾種方法的比較

以上幾種方法，各有優缺點。其中投影靶法造價低廉，使用方便，可在外場使用，無主觀誤差，但只能在夜晚或陰天進行光軸調整，給調試人員帶來困難；百分表法精度較高且使用方便，但因其自身儀器的局限性，適用范圍較小；大口徑平行光管法誤差環節少，測量精度高，但是大口徑平行光管不可能運到野外使用，而且大口徑高精度光束平行性的檢測比較困難；小口徑平行光管法制作較容易且攜帶輕便，但是誤差環節較多，精度不太高；五棱鏡法裝置結構簡單，產生測量附加誤差大；自準直法原理簡單，對小口徑、短身管長度的單工件有很好的精度，但對于口徑較大，身管較長，多管排列方式的工件的測量有其局限性。

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[2]王也.遠程多管火箭炮平行性光電檢測系統[J].長春理工大學學報，2003，26（3）；