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光学计管的工作原理

　　光学仪表有立式和卧式两种，两者使用的光学仪表是相同的。卧式光学测量仪不仅可以测量外部尺寸，还可以测量内部尺寸，其尾管和工作台与卧式长度测量仪(通用长度测量仪)基本相似。目前大部分的卧式光学仪表已经被万能长度测量仪取代，所以本章只介绍立式光学仪表。立式光学测量仪主要用于差动比较测量，是将工件与量块进行比较，以测量它们之间的差动尺寸。所以也叫垂直光学比较仪，也可以基于边界使用，在外面计数。需要三种方法才能看出其测量精度比较高，还可以作为长度值传递仪器，验证第五、六等当量块和量规等。光学数码管作为垂直光学仪器的主要组成部分，结合了光学自准直原理和机械切向杠杆原理。

　　首先，应用自准直原理

　　第二章详细介绍了自准直原理，其在光管中的应用如图3-1所示。如如图3-1(a)所示，如果目标O点位于物镜，的焦点上，它发出的光经过物镜后会变成一束平行于光轴的平行光，如果前平面镜垂直于光轴，光会按照原来的路径返回，穿过物镜，会聚在原来的焦点上， 因此目标图像O与目标图像O完全重合。如果平面镜偏转一个微小的角度，反射光和入射光之间的夹角为2a，在物镜，之后，它在O’处会聚并成像在焦平面上，O和O’之间的距离为t。

　　t=ftan2a

　　式中f——物镜焦距。

　　二、正切杠杆机构

　　如果在与光轴平行的轴线上安装一根能往复运动的测杆N,使它的一端与平面反射镜P相接触,同时给平面反射镜P安装一根摆动轴M。当测杆N移动,推动了反射镜P绕轴M作轴线摆动。测杆N的移动量S与平面反射镜P的摆动角a的关系是正切关系,故:

　　s=atana

　　式中a测杆轴线至平面反射镜摆动轴间的距离,称臂长。

　　这就是正切机构。

　　光计管的计量检测工作原理

　　通过一块平面反射镜P把正切杠杆机构和自准直仪联系在一起。这样,当一个微差F测杆移动了距离S,推动了平面反射镜P偏了a角,于是目标像O移动了距离。只要把t值测出来,就得到被测值S,这就是光学计管的工作原理。目标像的移动量t与测杆的移动量S的比值就是光学计管除目镜外的放大倍数,称为光学杠杆放大比,用K表示,即:

　　K=t/S

　　将t和S的表达式代入,则

　　K=ftan2a/atana

　　当a很小时,tam≈a,tma2a≈2a,故kK≈2f/a。

　　一般光学计管的物镜焦距为203.5mm(≈200m),臂长a为5.087mm(≈5mm),代入上式得K≈2×2008倍,,可得K≈(2*200)/5≈80倍。

　　为了测出目标像O的移动量,将目标O做成刻度尺形式。为让刻度尺的分度值是1um则刻度尺的分度间隔为1×80=80pm=0.08mm。刻度尺共有士100个分度,故光学计管的示值范围为士0.1mm,刻度尺的像通过目镜来观察,目镜的放大倍数为12倍,这样光学计管总放大倍数为12K=960倍,所以光学计的目视分度间隔为0.96mm≈1mm。