六章角度测量技术.ppt

1,第六章 角度测量技术,第一节 角度检测概述 第二节 角度测量 第三节 圆分度误差测量,2,第一节、角度测量概述,1、角度的单位：,国际单位制：弧度(rad) 分析、计算,非国际单位：度(°)、分(´)、秒(“) 实际应用（加工、测试）,换算：1°= 60´, 1´= 60“, 1rad = 180/° 57.296°,角度自然基准：360°圆周（绝对准确，没有误差）,一、角度的单位和自然基准,2、角度的自然基准：,整圆周上所有角分度的误差之和等于零,圆周封闭原则：,在圆分度测量中，利用圆周封闭原则，可以提高测量精度。,3,二、角度的实物基准,1、角度块规：,形状：三角形（1个角度） 长方形（4个角度）,材料：与量块相同（稳定、耐磨）,基准：工作面的夹角,应用：测量零件角度，相对测量基准,精度：0级±3“，1级±10“，2级±30“，,4,2、多面棱体：,精度：±0.5“±1“,形状：正棱柱体,面数：4、6、8、12、24、36、72,基准：各工作面法线的夹角,应用：测量圆分度误差（自准直仪）,1 - 被测度盘； 2 - 24面体； 3 - 工作台； 4 - 自准直仪； 5 - 读数显微镜； 6 - 底座,5,3、多齿分度盘：,组成：上齿盘、下齿盘， 直径、齿数、齿形相同 齿数：360、720、1440,精度：±0.1“ （弹性变形实现误差平均效应）,原理：下齿盘固定不动， 上齿盘抬起脱离啮合后， 即可绕其主轴旋转， 再次啮合，即可根据转过的 齿数多少进行精确分度,6,4、圆光栅：,组成：一对光栅盘： 定光栅、动光栅, 直径、栅距相同,精度：±0.2“ （误差平均效应）,原理：偏心叠合在一起，产生莫尔条纹；,当光栅盘相对转动时，莫尔条纹同步移动。,分辨力：±10“、±20“,分类：径向光栅、切向光栅、环形光栅,环形圆光栅,7,5、光电编码器：,组成：光源：产生平行光 码盘：光学玻璃，透光/不透光， 同心圆环 - 码道 光电元件：每个码道对应一个光电元件,精度：优于分辨力的一半,原理：平行光源码盘 光电元件电信号输出,每个码道上：透光=1，不透光=0， 多个码道： 0101 - 绝对码,分辨力：与码盘的码道数有关： 例：19位编码器，分辨力为:360°/219=2.47“,8,编码数：2n,9,6、圆感应同步器：,组成：转子(a)：激励绕组，连续绕组 定子(b)：感应绕组 正弦绕组、余弦绕组,精度：低于圆光栅,原理：转盘相对定盘转动，在绕组中产生感应电势； 经过电路处理，可获得转角信号。,基准：360°，圆周封闭准则,应用：抗干扰能力强，适于加工现场使用。,N 为极数，即转子连续绕组导体数；为转子转角,10,7、高精度度盘,在圆盘的某一圆周上刻有一系列的等分刻线以实现圆周等分的器件称为度盘。 度盘的角间隔一般为1o, 30´, 20´, 10´, 5´和4´几种。 用于角度及圆分度误差的静态测量。,11,第二节、角度及角位移测量,一、角度的直接测量,1、测角仪：精密仪器，最小分辨率可达0.01“,直接测量：测量0360之间的任意角度,构成：1工作台：固定被测件 4自准直光管：对准目标 5读数装置：瞄准读数,原理：先瞄准被测件的一个平面，读数1 转动工作台，再次瞄准另一个平面，读数2， 被测角度：,角度基准：分度盘、圆光栅、码盘,测量对象：角度块、多面棱体 被瞄准平面具有较高的反射率,12,1、测角仪法,13,自准直仪的分度值有0.1、0.2和1几种。,1、测角仪法,1、光源 2、自准直分划板 3、物镜 4、反射物体 5、测微分划板 6、目镜,光学自准直仪结构举例,光学自准直原理,14,1、测角仪法,15,2、影像测量法,对象：平板类零件,影像测量仪：,原理：光源目标镜头CCD图像 计算机数据处理测量结果,特点：快速可以直接获取角度值； 智能无需瞄准和对准，自动测量； 精准高放大倍率、亚像素细分,16,3、激光干涉小角度测量,构成：激光器抗干扰； 角锥棱镜两个，差动测量； 转台被测转角；,原理：激光器发出的激光被分光镜分为两束， 分别投射到两个角锥棱镜， 被反射镜反射后由光电接收器接收， 产生干涉条纹，并随转台转动而移动。,分辨力：0.002“,范围：10°,应用：小角度测量基准（美国、日本、德国、俄罗斯）,17,构成：旋转工作台：固定被测件 标准角度块：角度基准 自准直仪：测量角度偏差,原理：先放置标准角度块，自准直仪瞄准读数1； 放置被测工件，自准直仪再次瞄准读数2； 被测角度：,角度基准：自准直仪,测量对象：被瞄准平面具有较高的反射率,4、自准直仪法（相对测量法）,18,二、角度的间接测量,间接测量：测量其他量，计算得出角度。,原理：利用三坐标测量机测量两端截面； 分别获得两个截面的直径dA、dB和距离L； 被测锥度：,精度：一般可以高于直接测量角度。,1、坐标测量法：,19,双坐标测量仪,二、角度的间接测量,20,二、角度的间接测量,原理：测量高度，计算角度： 存在高度差时：,范围：45°，在测量小于30°的角度时，精确度可达35,2、正弦规测量法：按正弦原理工作,21,第三节、圆分度误差测量,一、圆分度误差的概念,圆分度：将整个圆周进行若干等分。 例：若将圆周n等分，每分度360/n,圆分度误差：分度要素的实际位置相对于理想位置的偏差，用i表示。,22,2零起分度误差 以零刻线的实际位置为基准，确定全部刻线的理论位置，并由此求得的分度误差称为零起分度误差，用 表示。零起分度误差的一般表达式为,23,3分度间隔误差 度盘上相邻两刻线之间的角距离称为间隔。实际间隔角度值 与理论间隔角度值0之差即为分度间隔误差，用fi表示。分度间隔误差的一般表达式为：,任意两刻线组成的间隔称为任意间隔。 最大分度间隔误差Fmax 度盘的一个重要评定指标,24,4、直径误差：直径位置两个分度值取平均，两条刻线分度误差的平均值，叫做直径误差，用(i)表示,要点： 刻线误差用来评定单边读数的度盘，而直径误差则用以评定对径读数的度盘。 刻线误差的封闭条件为0-360°，而直径误差的封闭条件则为0-180°， 即0180°和180°360°区域内刻线的直径误差完全相同。 直径误差能减小度盘圆分度误差对测量的影响；,25,二、圆分度误差的直接测量,直接测量法： 将被测圆分度器件与标准圆分度器件同轴安装， 直接比较被测件与基准，求得圆分度偏差。,原理：驱动主轴转动 显微镜3粗定位 显微镜4精瞄准定位（5路信号的合成信号为0） 读显微镜5,光电式度盘检查仪：,组成：2被测度盘：由2个光电显微镜5瞄准读数； 1基准度盘：由5个光电显微镜4精瞄准， 由光电显微镜3粗定位；,误差：标准件误差、瞄准误差、读数误差。,26,1、基准度盘 2、被测度盘 3、粗瞄准光电显微镜 4、精瞄准光电显微镜 5、读数显微镜,27,在度盘刻线圆周上均布m个读数装置同时读数，取m个读数的平均值作为测得值，则该测得值包含的刻线误差为：,光电式度盘检查仪的标准度盘上，采用了五个均匀分布的光电显微镜，即m=5，取其合成信号等于零作精确定位时，瞄准的是5根刻线的平均位置，其所包含的刻线误差为：,二、圆分度误差的直接测量,28,圆分度误差数据处理,29,三、圆分度的相对测量,相对测量法：采用某个定角作为基准，依次与被测件的各个分度比较， 求得各个分度间隔相对于基准的偏差； 再利用圆周封闭原则，求出基准相对于理论分度的偏差； 最终求得被测件的分度间隔偏差。,测量：依次将多面棱体各角i与夹角比较， 得一系列读数i（i=1,2,n）,采用相对法测量多面棱体：,基准：由2个自准直仪构成的夹角（未知）；,