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1、本节主要内容: 角度块及其测量方法 多面棱体及其测量方法 直角尺及其测量方法 多齿分度盘及其测量方法 度盘及其测量方法 重点: 角度块工作角的绝对测量法 常角法、全组合法测多面棱体,3-2 角度的实用基准及其测量,任务:角度的实用基准的测量,测量对象和被测量 问题1:角度的实用基准有哪些? 问题2:测角度基准的什么量? 问题3:角度基准测量有什么特点? 问题4:与长度测量有什么不同?,测量单位和标准量 角度单位-度 高等级角度块 高等级多面棱体 高等级的度盘 高等级直角尺、标准方铁 测微仪,测量方法 检定规程 测量方法 测量仪器 接触形式、定位、环境条件,测量精度 方法精度 仪器精度 影响因素
2、 改善精度的措施,角度块可以单独使用,也可以根据被测角度大小,由两块或三块角度块组合使用。,一、角度块,多值角度块,单值角度块,角度块与长度量块一样,也有各种不同工作角的角度块组合成套。成套的角度块常见有94块组、36块组和7块组三套。,、角度块工作角的绝对测量法 (1)原理:与测角仪或分度头(台)的度盘相比较。 图3-2(a)为测角仪的结构原理图。,图3-2(a) 测角仪结构图,图3-2(b)为测角仪的光学系统和读数。,在测角仪上测角有两种方法,被测工作角的实际值为:,180- A -B ,(2)影响测量精度的主要因素: 有测角仪的分度误差,角度块工作面的平面度及表面粗糙度等。 (3)提高测
3、量精度的措施: 可利用度盘刻线误差具有周期性的特点,在度盘均匀分布的多个位置上测量角度块工作角,取其算术平均值作为测量结果,以减少甚至消除度盘分度误差的影响。这种方法简便易行,故被广泛采用。但应注意,若被测角的补角不能整除360o,则度盘的分度误差不能全部消除,只是减少度盘分度误差的影响。 还可以利用光学分度头或光学分度台对角度块工作角的测量 。,下图为投影光学分度头,下图为光学分度头测量原理图,通常在测角仪或自准式 测角比较仪上进行。 对标准角度块的精度要求是: 测量1级角度块时,标准角度块的检定极 限误差在3范围内。 测量2级角度块时,标准角度块的检定 极限误差在5范围内。,2、角度块工作
4、角的相对测量法,二、多面棱体,1结构形式: 多面棱体是一个正多边形。计量工作中常用的多面棱体由偶数边组成,如 4、6、8、12、24、36和 72边等所组成棱体,也有9、40、45及90等几种。我国常用的为 12面和 24面棱体。 材料:应有较好的稳定性,一般有金属和玻璃的两种。 2用途: 多面棱体主要用于检定光学测角仪、光学分度头(台)等精密角度计量仪器;检定高精度的蜗轮、齿轮等机械零件;也可以检验机床的分度精度。由于面数的限制,不能象光学度盘那样检验较小的分度。,(一)简介,3角度精度: 多面棱体的角度精度主要由检定精度决定,而其制造偏差允许稍大; 其检定极限误差一般为0.51,工作角度的
5、制造偏差可为3 5。 4其他质量要求: 为了保证棱体的工作精度和自准直仪的成象质量,一般对棱体提出下述要求: 工作面的平面度公差为0.06um; 工作面表面粗糙度Ra不大于0.01um; 工作面与基面垂直度公差为20。,相对基准: 稳定的常角, 不要求很准确 ,一般为棱体的一个工作角。 测量: 与被检多面棱体在整圆范围内顺 序与其他工作角进行比较测量,得到 其他角相对此常角的偏差,再利用圆 周封闭特性,求出常角的准确值,最 后得到各工作角偏差。,(二)多面棱体工作角的测量,A原理:如图3-7所示。,1常角法,B数据处理: 在测量中,以自准直仪定位,用自准直仪进行读数,得n个读数值1,n,设被测
6、多面棱体的工作角为,定角为A1, 利用圆周封闭特性可求得 定角A1为: 1=(360-i)/n 被测多面体各工作面法线间的实际夹角为: i=Ai+ i (i=1,2, ,n),2全组合法 A原理:在上述以A1为定角作相对基准进行比较,测完一周后,再将自准直仪、调整到其夹角等于多面棱体的两个工作角(即A2),如图2-8所示。然后以A2为定角作相对基准进行第二次比较测量,测完一周后,再将自准直仪、的夹角调整到等于多面棱体的三个工作角(即A3),再依次进行比较测量。重复上述操作,直到测完n-1个定角为止(n为多面棱体的棱数)。 B测量数据的处理方法:现以6面棱体为例说明。在第一个定角测量中,定角为A
7、1 ,得:,(3-6),在式(3-6)中,按顺序两式相减,得:,(3-7),在第二个定角测量中,定角为A2,得:,(3-),同理得下列方程组:,(3-9),在第i个定角测量中,定角为,(3-10),将式(3-7)、式(3-9)及式(3-10)中的第1式、第2式直至第6式分别相加,得:,(3-11) ,由于圆周的封闭特性,则,(3-12) ,得多面棱体各工作面法线间的实际夹角为:,3排列互比法 (1)原理: 将两个被测棱体(也可用其它圆分度器件)同轴安置进行整周测量,把其中一个棱体的各工作角作为常角看待,与另一个棱体的各工作角进行整周比较测量后,即可求得该棱体各工作角的分度误差(即常角偏差)(每
8、一测回测得一个常角偏差)。 由于两棱体的各工作角可互相看作为常角,因此通过两者的互比测量,两棱体各工作角的分度误差可以分别求得,而且它们的测量极限误差也是相同的。这便是排列互比测量方法的实质。,(2)测量步骤: 具体做法与全组合常角法并不相同。 下面用测角仪度盘以排列互比法测量正六面棱体为例来说明。 A仪器调整: 将测角仪调整至工作状态。 把六面棱体置于工作台中央,并调整其位置,使棱体几何中心与工作台回转轴线重合,其偏离不应大于0.02mm。 调整自准直光管使其光轴垂直于工作台回转轴线,瞄准棱体各工作面中心时反射回来的水平线象应位于视场中间。,B测量:可分六个测回进行。 第一测回时,将度盘置于
9、00的位置,并使自准直光管瞄准棱体0工作面中心,即使光管光轴垂直于该面,从测角仪测微器中读取读数。取3次瞄准、读数的平均值为a1。按度盘读数增加方向旋转度盘与棱体,瞄准棱体60工作面,以上述相同方法取得测量值a2。依次瞄准棱120、180、240和300工作面,分别得到测量值a3 、a4 、a5和a6。 第二测回时,将度盘起始位置置于600,自准直光管仍瞄准棱体0o工作面。重复上述整周测量,依次得到瞄准棱体0、60、300工作面时的测量值b1、b2、b6。 以度盘120、180、240、和300为起起始位置,重复上述整周测量,可分别得到第三、四、五和六测回的各测量值c1、c2、c6、,d1 、
10、d2 、d6 ,e1 、e2 、e6和f1、f2、f6。 每个测回测完以后,均应使仪器回零位。,(3)数据处理: 将各测回有效的测量值填入表3-2,并在表中进行运算即可求得被测棱体各工作角分度误差。 如若想求得测角仪度盘相应刻度的零起刻线误差,在表3-2右侧求出相应测量值的斜行和后,也可以通过简单计算求得。值得注意的是各斜行和为 t1=a1+b6+c5+d4+e3+f2 t2=a2+b1+c6+d5+e4+f3 t3=a3+b2+c1+d6+e5+f4 t6=a6+b5+c4+d3+e2+f1 由于测角仪测微器的读数增加方向与度盘刻度增加方向相反,故求度盘零起刻线误差的公式与求棱体工作角偏差的
11、公式是不同的。,1,2,3,4,K=1,K=2,K=3,K=4,i,主要是用于直角检验和划线角度量具。检验零部件的相互垂直位置,也用于工具、仪器、机床等的调整和检定中。,三、直角尺,、以圆柱角尺作为标准作比较测量 圆柱角尺:为直径与高度之比为1:3的钢制圆柱体。 这种量具在耐磨性和由其重量决定的稳定性方面有其优点,不过价格较贵。为使其底面和平板接触稳定,底面中心部分是空的,仅圆周和平板接触。 测量方法: 用光隙法或用塞尺测量,也可采用垫量块的方法得到。 为了消除圆柱直角尺本身误差对测量结果的影响,可在相对18Oo的位置上分别各检一次,然后取其平均值。 图34为光隙法测量原理图,眼睛能从光隙见到
12、光的极限大致为(O8l)um。,(一)平面型角尺外角的测量,2、在直角尺检查仪上直接测量:图3-5所示 A用相对法测量: 先用标准直角尺放在工作台的位置,将测微仪调零;然后取下标准直角尺换上被检直角尺,根据读数即可求得偏差值。 B用绝对法测量直角尺外角偏差 将被检测直角尺置于相对180的、两个位置上,各测一次,在测微仪上得到两个相应的读数1 、 2,则被检直角尺外角的偏差值为: =(21)/2,(二)刀口型角尺外(内)角的测量,光隙法,(a) (b) 图3-9 多齿分度盘,四、多齿分度盘,特点:是一种机械式圆分度器件,分度精确度很高(可达0.05”),它具有自动定中心、操作简便、使用寿命长、应
13、用广泛等特点。 2结构形式:,多齿分度盘的构造与齿轮端面离合器相似,由两个直径、齿数和齿形都相同的上、下端面齿盘组成,如图3-9a所示。其齿形多为梯形,如图3-9b所示 。 多齿盘在使用时,下齿盘固定不动,上齿盘抬起与下齿盘脱离啮合后即可绕其主轴旋转。一经再次啮合,即可根据转过的齿数多少达到精确分度的目的。 多齿盘的齿数有360、720、1440几种,它们的分度间隔分别为1o、30和15 。 分度精度高的原因: 主要是利用上下齿盘的所有齿在参加啮合时弹性变形实现平均效应。,1刻线误差 A定义:是指度盘刻线的实际位置对其理论位置的偏差,以符号i表示。以刻线的理论位置为准,实际刻线在它的序号递增方
14、向一侧,定为正误差;反之,为负误差。 B刻线的理论位置的确定:对于度盘等圆分度器件,常以全部刻线误差之和等于零为条件,来确定全部刻线的理论位置。即令,五、度盘,(一)度盘分度误差的评定指标,按此规定,评定度盘分度质量的刻线误差只有唯一的一组值。,零起刻线误差 (1)定义:以零刻线的实际位置为基准,来确定全部刻线的应有位置, 按此规定测算出的刻线误差称为零起刻线误差 。 (2)刻线误差与零起刻线误差 的关系:,此式为全部刻线误差总和为零的刻线误差与零起刻线误差的关系式。,在测量中要确定刻线的理论位置是很困难的。大多数情况是先测出刻 线的零起刻线误差,再算出用于质量评定的唯一确定的刻线误差。计 算
15、公式为,由此式又可导出,3、间隔误差 A定义:两刻线间的实际角度与其名义角度之差称为 间隔误差。 B相邻间隔误差:用fi表示,其一般表达式为:,间隔的实际值大于其名义值者,其误差为正;反之为负。相邻间隔误差具有圆周封闭,即 :,或,C任意间隔误差: 任意两刻线组成的间隔称为任意间隔。 任意间隔的间隔误差等于它所包含的各相邻间隔的间 隔误差之和,即:,D最大分度间隔误差,或,分度器件的一项主要质量指标最大分度间隔误差,实为任意间隔的最大误差(相当于齿轮的齿距累积误差):,3.直径误差 A起因:由于工艺上的原因,度盘刻度中心与度盘旋转中心不可能完全重合(即度盘的偏心),由此引起的测量误差由下图可知
16、,为:,偏心误差分析图,从上式可见: 由于度盘偏心引起测量误差是一种周期性的系统误差 (如图)。,B减少方法: 可以采用半周期法予以消除。对径读数,或在测角仪器中采用符合成象光路,即可消除度盘偏心的影响。,C评定指标: 对径读数的度盘以直径误差等作为圆分度误差的评定指标。即以度盘对径方向上两条刻线的误差平均值作指标,便是直径误差:,半圆封闭: 单边读数的度盘以刻线误差等作为圆分度误差的评定指标。,被测度盘放在回转工作台上, 度盘上方装有两个细分。显,(二)常角法(定角法)测量度盘,微镜A和B,以A、B与度盘 中心的连线的夹角为定角( 如60),依次测量其他角 (60 120 ,120 180
17、等)。其数据处理方 法同多面棱体常角法测量。 同样也可以用全组合法及排 列互比法来测量度盘,在此 不再赘述.,用定角法测量分度如图3-12所示。,1.工作原理: 如图3-13为光电式度盘自动测量仪工作原理图。,图3-13 光电式度盘自动测量仪工作原理图,2.工作程序: (1)5个均布的相位脉冲式显微镜 同时瞄准标准度盘; (2)对标准度盘上每一被测刻线, 自动控制系统均按照粗瞄准 照明精确瞄准和定位测量 记录的程序控制仪器工作。 (3)在被测度盘的对径方向上装有 两个相位脉冲式光电显微镜 5,记录该直径误差值。,(三) 光电式度盘自动测量仪的工作原理,.几点说明: (1)用5个均匀分布显微镜同时瞄准,取合成讯号为零来确定度盘精确位置的方法,目的是消除标准度盘误差曲线中除5和5的倍数以外的其它各次谐波分量,以减小了标准度盘分度误差对测量结果的影响。 (2)采用对径读数的目的是进一步消除标准度盘上刻线误差中5和5的奇数倍谐波分量。 (3)光电式度盘自动测量仪的测量极限误差为土0.5”。 (4)国内研制成功的高精度圆光栅检测仪的标准圆光栅上,沿圆周均分布了14个讯号接收头,取它们的合成信号为标准信号,大大提高了标准圆光栅的工作精度。,
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