最新-精密測量技術(shù)05-PPT課件

1、第五章 角度與圓分度誤差的測量第一節(jié) 角度檢測概述第二節(jié) 角度測量第三節(jié) 圓分度誤差測量2022/7/191 前已述及，在長度測量中有長度基準(zhǔn)及其量值傳遞的問題。那么角度測量中是否也有角度基準(zhǔn)與量值傳遞的問題呢？將被測角度與標(biāo)準(zhǔn)角度進行比較并確定被測角度的量值，這是角度測量。而標(biāo)準(zhǔn)角度則應(yīng)事先用精度更高的角度標(biāo)準(zhǔn)檢定過。 這種逐級用高精度角度標(biāo)準(zhǔn)檢定低精度角度標(biāo)準(zhǔn)的過程，就是角度量值的傳遞過程。第一節(jié)、角度測量概述2022/7/1921、角度的單位：國際單位制：弧度(rad) 分析、計算非國際單位：度()、分()、秒() 實際應(yīng)用（加工、測試）換算：1= 60, 1= 60, 1rad = 1

2、80/ 57.296角度自然基準(zhǔn)：360圓周（絕對準(zhǔn)確，沒有誤差）一、角度的單位和自然基準(zhǔn)2、角度的自然基準(zhǔn)：整圓周上所有角分度的誤差之和等于零圓周封閉原則：在圓分度測量中，利用圓周封閉原則，可以提高測量精度。2022/7/193二、角度的實物基準(zhǔn)1、角度塊規(guī)：形狀：三角形（1個角度） 長方形（4個角度）材料：與量塊相同（穩(wěn)定、耐磨）基準(zhǔn)：工作面的夾角應(yīng)用：測量零件角度，相對測量基準(zhǔn)精度：0級3，1級10，2級30，能夠以最高的精確度將360o等分的圓分度器件就可以做為角度實物基準(zhǔn)。2022/7/1942、多面棱體：精度：0.51形狀：正棱柱體面數(shù)：4、6、8、12、24、36、72基準(zhǔn)：各工

3、作面法線的夾角應(yīng)用：測量圓分度誤差（自準(zhǔn)直儀）1 - 被測度盤；2 - 24面體；3 - 工作臺；4 - 自準(zhǔn)直儀；5 - 讀數(shù)顯微鏡；6 - 底座2022/7/1953、多齒分度盤：組成：上齒盤、下齒盤， 直徑、齒數(shù)、齒形相同 齒數(shù)：360、720、1440精度：0.1 （彈性變形實現(xiàn)誤差平均效應(yīng)）原理：下齒盤固定不動， 上齒盤抬起脫離嚙合后， 即可繞其主軸旋轉(zhuǎn)， 再次嚙合，即可根據(jù)轉(zhuǎn)過的 齒數(shù)多少進行精確分度2022/7/1964、圓光柵：組成：一對光柵盤： 定光柵、動光柵. (直徑、柵距相同) 精度：0.2 （誤差平均效應(yīng)）原理：偏心疊合在一起，產(chǎn)生莫爾條紋；當(dāng)光柵盤相對轉(zhuǎn)動時，莫爾條紋

4、同步移動。分辨力：10、20 分類：徑向光柵、切向光柵、環(huán)形光柵環(huán)形圓光柵2022/7/1975、光電編碼器：組成：光源：產(chǎn)生平行光 碼盤：光學(xué)玻璃，透光/不透光， 同心圓環(huán) - 碼道 光電元件：每個碼道對應(yīng)一個光電元件精度：優(yōu)于分辨力的一半原理：平行光源碼盤 光電元件電信號輸出 每個碼道上：透光=1，不透光=0，多個碼道： 0101 - 絕對碼分辨力：與碼盤的碼道數(shù)有關(guān)： 例：19位編碼器，分辨力為:360/219=2.472022/7/198編碼數(shù)：2n2022/7/1996、圓感應(yīng)同步器：組成：轉(zhuǎn)子(a)：激勵繞組，連續(xù)繞組 定子(b)：感應(yīng)繞組 正弦繞組、余弦繞組 精度：低于圓光柵原理

5、：轉(zhuǎn)盤相對定盤轉(zhuǎn)動，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢； 經(jīng)過電路處理，可獲得轉(zhuǎn)角信號。 基準(zhǔn)：360，圓周封閉準(zhǔn)則應(yīng)用：抗干擾能力強，適于加工現(xiàn)場使用。N 為極數(shù)，即轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組導(dǎo)體數(shù)；為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 2022/7/19107、高精度度盤在圓盤的某一圓周上刻有一系列的等分刻線以實現(xiàn)圓周等分的器件稱為度盤。度盤的角間隔一般為1o, 30, 20, 10, 5和4幾種。用于角度及圓分度誤差的靜態(tài)測量。2022/7/1911單一角度尺寸的測量直接測量1.測角儀2.工具顯微鏡3.自準(zhǔn)直儀 (相對測量）4.激光干涉小角度測量儀（相對測量）間接測量坐標(biāo)測量平臺測量第二節(jié)、角度及角位移測量2022/7/1912一、角度的直

6、接測量1、測角儀：精密儀器，最小分辨率可達0.01直接測量：測量0360之間的任意角度構(gòu)成：1工作臺：固定被測件 4自準(zhǔn)直光管：對準(zhǔn)目標(biāo) 5讀數(shù)裝置：瞄準(zhǔn)讀數(shù) 原理：先瞄準(zhǔn)被測件的一個平面，讀數(shù)1 轉(zhuǎn)動工作臺，再次瞄準(zhǔn)另一個平面，讀數(shù)2， 被測角度：角度基準(zhǔn)：分度盤、圓光柵、碼盤測量對象：角度塊、多面棱體 被瞄準(zhǔn)平面具有較高的反射率2022/7/1913右圖所示為測角儀的結(jié)構(gòu)示意圖。測量時先用瞄準(zhǔn)器5瞄淮被測件6上組成被測角的第一個幾何要素(可能是點、線、面)(如圖中ABC所示位置)，由讀數(shù)裝置2讀得讀數(shù)1 ，然后使圓分度器件1、主軸3、工作臺4及被測件6一起回轉(zhuǎn)，直至瞄準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)組成被測角的第

7、二個幾何要素(如圖ABC所示位置)，讀得讀數(shù)2 。根據(jù)被測角的定義作簡單的數(shù)據(jù)處理，便可得被測角度值。2022/7/1914 為了減小測角儀度盤安裝軸心與其回轉(zhuǎn)軸心不同心而產(chǎn)生的測量誤差，儀器在度盤對徑（相隔180o的兩個位置上，設(shè)置兩個讀數(shù)顯微鏡，或者將兩個位置上的度盤刻度形象合在一個目鏡視場里。測量時，以這兩個讀數(shù)顯微鏡中讀數(shù)的平均值作為實際的讀數(shù)值，或者根據(jù)度盤相隔180o兩個位置刻度影象的合象示值直接讀出實際的刻度值。2022/7/1915 2.在工具顯微鏡上測量角度 各種角度樣板和切削刀具上的角度、螺紋塞規(guī)和絲杠上的牙型半角、齒條上的齒形角等均可在工具顯微鏡上用測角目鏡進行測量。采用

8、影象法測量時，需使工具顯微鏡成象的平行光與被測角度所在平面垂直，通過調(diào)焦即可在目鏡視場內(nèi)得到被測角邊緣的輪廓象。旋轉(zhuǎn)目鏡分劃板，使中央米字虛線分別與被測角兩邊輪廓對準(zhǔn)，即可在目鏡的讀數(shù)顯微鏡中讀數(shù)，兩次讀數(shù)值之差就是被測的角度值。為了提高測量精度，米字線在對準(zhǔn)輪廓時不采用測長時所用的壓線法，而是采用對線法。即使米字虛線與輪廓邊緣保持一條狹窄光隙，以光隙上下寬度是否一致來判斷對準(zhǔn)與否。2022/7/19162022/7/1917相對測量單一角度的直接相對測量，是將被測角與角度塊規(guī)或其它角度基推進行比較，用小角度測量儀測得偏差值，小角度測量儀的示值范圍較小，一般的為10，較大的可至30，也有更小的

9、僅為1。下面介紹兩種小角度測量儀的原理。2022/7/19183.光學(xué)自準(zhǔn)直儀1、光源2、自準(zhǔn)直分劃板3、物鏡4、反射物體5、測微分劃板6、目鏡2022/7/1919 用自準(zhǔn)直儀測量小角度可以用相對法測量角度塊的例子來說明，如圖所示。 與被測角度塊公稱值相同的標(biāo)準(zhǔn)角度塊1放置在專用工作臺2上，并使其一個工作面緊靠在兩個鼓形定位銷3上。將光學(xué)自準(zhǔn)直儀4對準(zhǔn)角度塊的另一個工作面，從其讀數(shù)裝置上讀取第1個讀數(shù)A。然后取下標(biāo)準(zhǔn)角度塊，換上被測角度塊，并以同樣方法定位。在自準(zhǔn)直儀上讀取第2個讀數(shù)B。則被測角度塊的角值a為：式中標(biāo)準(zhǔn)角度塊的實際角值。2022/7/19204、激光干涉小角度測量構(gòu)成：激光器

10、抗干擾； 角錐棱鏡兩個，差動測量； 轉(zhuǎn)臺被測轉(zhuǎn)角； 原理：激光器發(fā)出的激光被分光鏡分為兩束， 分別投射到兩個角錐棱鏡， 被反射鏡反射后由光電接收器接收， 產(chǎn)生干涉條紋，并隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動而移動。分辨力：0.002范圍：10應(yīng)用：小角度測量基準(zhǔn)（美國、日本、德國、俄羅斯）2022/7/1921 二、角度和錐度的間接測量法 在有的情況下對角（錐）度的直接測量很不方便或達 到測量精度的要求，就要采用間接測量的方法。角（錐）度的間接測量，是直接測量與該角（錐）度有關(guān)的若干長度量，再通過它們之間的函數(shù)關(guān)系計算得到被測角（錐）度。由于長度測量可以達到很高精度，所以間接測角方法要比一般測角方法精度更高，這在小角度

11、測量時表現(xiàn)的更為突出。2022/7/1922(一)坐標(biāo)測量 凡是帶有二維或三維坐標(biāo)測量裝置的測長儀器，均可實現(xiàn)平面角度的坐標(biāo)測量，而一維測長儀器一般僅用于后述的平臺測量。由于長度測量可達到很高的精度，所以通過測長間接測角有時比直接測角精度高特別是小角度測量時表現(xiàn)得較為明顯。 2022/7/1923圖512所示是用三坐標(biāo)測量機測量外錐體錐度。測量時應(yīng)盡可能選擇靠近錐體兩端的橫截面A、B為測量截面，即使軸向間距盡可能的大。利用三坐標(biāo)測量機測量兩端截面；分別獲得兩個截面的直徑dA、dB和距離L；則錐體的錐度又可用下式求得2022/7/1924用雙坐標(biāo)測量儀也可實現(xiàn)上述測量，如在工具顯微鏡上，用光學(xué)靈

12、敏杠桿測孔徑的方法可測得內(nèi)錐體的錐度，測量原理如圖所示。將錐體在工作臺上定位，且必須錐孔大端朝上。先在靠近大端處測得直徑D1，再在被測錐的下面墊上尺寸為H的量塊，并保持測頭縱向位置不變，測得靠近錐體小端處的截面直徑D2，則所測內(nèi)錐的錐度即為 2022/7/1925(二)平臺測量 平臺測量一般是利用通用的量具量儀(千分尺、卡尺、百分表、比較儀等)、長度基準(zhǔn)(量塊)、輔助量具(平板、平尺、直角尺、正弦規(guī)等)和其它輔具(圓柱、心軸等)來測量零件的長度尺寸和角度尺寸。由于測量在作為測量基準(zhǔn)的平板上進行，因此稱為平臺測量。2022/7/1926 1用標(biāo)準(zhǔn)圓柱測量內(nèi)燕尾槽的斜角 測量內(nèi)燕尾相的斜角可用兩對

13、不等直徑的標(biāo)準(zhǔn)圓柱測量，也可用一對相等直徑的標(biāo)準(zhǔn)圓柱測量。 用兩對不等直徑圓柱測量時，將半徑為r1和r2的圓柱先后塞進燕尾槽內(nèi)，并緊靠燕尾槽兩內(nèi)斜面，用量塊組試塞的方法確定或用測孔徑量具測定圓柱間的間距M1和M2，內(nèi)燕尾槽的斜角?？捎上率酱_定2022/7/1927用一對等徑圓柱測量時，先測出M1，再在兩圓柱下墊上尺寸為a的量塊，測出M2，則內(nèi)燕尾槽的斜角為：2022/7/19282用正弦規(guī)測量角（錐）度 正弦規(guī)的結(jié)構(gòu)如圖318所示。正弦現(xiàn)的上表面為工作面，在正弦規(guī)主體1下方固定有兩個直徑相等且互相平行的圓柱體2，它們下母線的公切面與上工作面平行。在主體側(cè)面和前面分別裝有可供被測件定位用的側(cè)擋板

14、4和前擋板3，它們分別垂直和平行于兩圓柱的軸心線2022/7/1929正弦規(guī)按正弦原理工作，即在平板工作面與正弦規(guī)一側(cè)的圓柱之間安放一組尺寸為H的量塊，使正弦規(guī)工作面相對于平板工作面的傾斜角度0等于被測角(錐)度的公稱值，(如圖所示)。量塊尺寸H由下式?jīng)Q定2022/7/1930第三節(jié)、圓分度誤差測量一、圓分度誤差的概念圓分度：將整個圓周進行若干等分。 例：若將圓周n等分，每分度360/n 圓分度誤差：分度要素的實際位置相對于理想位置的偏差，用i表示。2022/7/1931 2零起分度誤差 以零刻線的實際位置為基準(zhǔn)，確定全部刻線的理論位置，并由此求得的分度誤差稱為零起分度誤差，用 表示。零起分度

15、誤差的一般表達式為2022/7/1932 3分度間隔誤差 度盤上相鄰兩刻線之間的角距離稱為間隔。實際間隔角度值 與理論間隔角度值0之差即為分度間隔誤差，用fi表示。分度間隔誤差的一般表達式為：任意兩刻線組成的間隔稱為任意間隔。最大分度間隔誤差Fmax 度盤的一個重要評定指標(biāo)2022/7/19334、直徑誤差：直徑位置兩個分度值取平均，兩條刻線分度誤差的平均值，叫做直徑誤差，用(i)表示要點：刻線誤差用來評定單邊讀數(shù)的度盤，而直徑誤差則用以評定對徑讀數(shù)的度盤。刻線誤差的封閉條件為0-360，而直徑誤差的封閉條件則為0-180， 即0180和180360區(qū)域內(nèi)刻線的直徑誤差完全相同。直徑誤差能減小

16、度盤圓分度誤差對測量的影響； 2022/7/1934二、圓分度誤差的直接測量直接測量法： 將被測圓分度器件與標(biāo)準(zhǔn)圓分度器件同軸安裝， 直接比較被測件與基準(zhǔn)，求得圓分度偏差。原理：驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動 顯微鏡3粗定位 顯微鏡4精瞄準(zhǔn)定位（5路信號的合成信號為0） 讀顯微鏡5光電式度盤檢查儀：組成：2被測度盤：由2個光電顯微鏡5瞄準(zhǔn)讀數(shù)； 1基準(zhǔn)度盤：由5個光電顯微鏡4精瞄準(zhǔn)， 由光電顯微鏡3粗定位； 誤差：標(biāo)準(zhǔn)件誤差、瞄準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差。2022/7/19351、基準(zhǔn)度盤2、被測度盤3、粗瞄準(zhǔn)光電顯微鏡4、精瞄準(zhǔn)光電顯微鏡5、讀數(shù)顯微鏡2022/7/1936在度盤刻線圓周上均布m個讀數(shù)裝置同時讀數(shù)，取m個讀數(shù)的平均值作為測得值，則該測得值包含的刻線誤差為：光電式度盤檢查儀的標(biāo)準(zhǔn)度盤上，采用了五個均勻分布的光電顯微鏡，即m=5，取其合成信號等于零作精確定位時，瞄準(zhǔn)的是5根刻線的平均位置，其所包含的刻線誤差為： 二、圓分度誤差的直接測量2022/7/1937圓分度誤差數(shù)據(jù)處理度盤刻度直徑誤差（i)零起直徑誤差（0i)直徑間隔誤差(f()i)0-0.2015-0.4-0.2 -0.2 30-0.1+0.1 +0.3 45-0.45-0.25 -0.35 60-0.15+0.05 +0.3 75 -0.05+0.15 +0.1 90 0+0.2 +0.05 105 +0.2+0.4 +0