上海交通大學(xué)檢測技術(shù)基礎(chǔ)3

1、角度單位及量值傳遞,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(jìn)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．,角度的自然基準(zhǔn)和圓周封閉原則,1.自然基準(zhǔn)：360o圓周角2.圓周封閉原則：整圓周上所有角分度的誤差之和為零（圓周內(nèi)誤差封閉的原理

2、 ）,角度實物基準(zhǔn),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對角度測量的精度要求越來越高，角度量塊已不再能滿足要求，而必須尋求精度更高的器件做角度實物標(biāo)準(zhǔn)。實際上，360的圓心角本身就是角度的一個自然基準(zhǔn)。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)。各種精度的光學(xué)度盤、碼盤、光柵盤、多面棱體與多齒分度盤等，在角度量值傳遞過程中均可做為角度實物標(biāo)準(zhǔn)。,實物基準(zhǔn),1.高精度度盤：在圓盤上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

3、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。2.圓光柵：光柵盤的分辨力多為10??,20??,可用于靜態(tài)測量和動態(tài)測量。3.圓感應(yīng)同步器：激磁繞組（固定盤）和感應(yīng)繞組（動盤）。4.角編碼器：把角位置定義為數(shù)字代碼的裝置稱作角編碼器。節(jié)距角有2o、1o、40’。5.多面棱體：高精度標(biāo)準(zhǔn)器。常見多面棱體的面數(shù)為4、6、8、12、24、36、72等。分度精度可達(dá)?

4、0.5?～?1 ?。6.多齒分度盤,多齒分度盤的構(gòu)造與齒輪端面離合器相似，由兩個直徑、齒數(shù)和齒形都相同的上、下端面齒盤組成，如圖3－sla所示，其齒形多為梯形。按齒的構(gòu)造不同又可分為彈性齒剛性齒兩種。彈性齒形狀如圖3－31 b所示，即在每個齒的根部銑出一深槽，槽寬約為03～1m m，槽深與齒厚度之比約為4：1至8：1。因此每個齒都好象一根懸臂梁，在外力作用下可產(chǎn)生一定的彈性變形。剛性齒的形狀如圖3－31所示，其齒根部僅為一定寬度和深度

5、的槽，依靠精密加工工藝，它也可獲得很高的分度精度多齒盤在使用時，下齒盤固定不動，上齒盤抬起與下齒盤脫離嚙合后即可繞其主軸旋轉(zhuǎn)。一經(jīng)再次嚙合，即可根據(jù)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)多少達(dá)到精確分度的目的．多齒盤的齒數(shù)有360、720、 1440幾種，它們的分度間隔分別為1‘、30’和15’。,圖a中，光源S發(fā)出的光，照亮了位干物鏡焦面上的分劃板，經(jīng)物鏡后成平行光束，這樣的簡單光學(xué)裝置就是平行光管。在垂直于光軸安放一反射鏡，則平行光束反射回來，通過物鏡仍在分劃

6、板上原來位置成一實象。這種現(xiàn)象稱為“自準(zhǔn)直”，平行光管與反射鏡即構(gòu)成自準(zhǔn)直光管（準(zhǔn)直儀）。 自準(zhǔn)直法就是通過將被測量轉(zhuǎn)換為反射鏡的傾斜量進(jìn)行測量的，如測量直線度、平面度誤差。 如圖b所示，當(dāng)反射鏡傾斜一 a角時，則按光的反射定律，將在分劃板上距O點為t的O’點成象，被測量就是通過t反映出來的。t與a角的關(guān)系為:,放大比為：,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

7、涉小角度測量儀（相對測量）間接測量坐標(biāo)測量平臺測量,將被測角度與標(biāo)準(zhǔn)角度相比較而直接確定其實際角度或偏差的方法，是角度的直接測量法。凡帶有圓周角度刻度盤及其細(xì)分讀數(shù)裝置的量儀均可用做角度的直接測量。 與長度絕對測量相似，用于角度絕對測量的儀器一般帶有一個360o圓周分度裝置，如光學(xué)分度盤、圓光柵等，且?guī)в凶约旱募?xì)分讀數(shù)裝置．因此可直接測得0o~360o間的任意角度值。這些儀器大多采用自準(zhǔn)直光管瞄準(zhǔn)，也有少數(shù)儀器采用影

8、象法瞄準(zhǔn)或采用接觸式瞄難。 下面以兩種常用的儀器為例。,測角儀,測角儀是角度計量工作中使用較廣的一種測量儀器，它主要用以測量如測量角度量塊、多面棱體、棱鏡的角度、楔形鏡（光楔）的楔角及平板玻璃兩平面的平行度等。用測角儀測量的工件一般用平行于被測角平面的端平面定位，且要求構(gòu)成被測角的被瞄準(zhǔn)平面具有較高的反射率。,圖3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A

9、BC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)組成被測角的第二個幾何要素(如圖A’B’C’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。,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

10、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。,（二）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(jìn)行測量。采用影象法測量時，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

11、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。,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(jìn)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’，也有更小的僅為1’。下面介紹兩種小角度測量儀的原理。,光學(xué)自準(zhǔn)直

12、儀,2自準(zhǔn)直分劃板5測微分劃板6目鏡3 物鏡4反射面,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

13、。,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(dá) 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(dá)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，這在小角度測量時表現(xiàn)的更為突出。,(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

14、，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(dá)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．持別是小角度測量時表現(xiàn)得較為明顯。,圖5—12所示是用三坐標(biāo)測量機(jī)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2盡可能的大，每個截面上各測三點坐標(biāo)(x1，y1, z1)、 (x2，y2，z2)、(x3, y3, z3)、 (x4, y4,z4)、 (x5，y5, z5)、 (x

15、6,y6,z6)由式(4—4)求得直徑dA和dB，則錐體的錐度又可用下式求得,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,(二)平臺測量 平臺測量一般是利用通用的量具量儀(千分尺

16、、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(jìn)行，因此稱為平臺測量。,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(jìn)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

17、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,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：,2．用正弦規(guī)測量角（錐）度 正弦規(guī)的結(jié)構(gòu)如圖3－18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4和前擋板3，它們分別垂直和平行于兩圓柱的軸

18、心線．,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,將被測件安放在正弦規(guī)工作面上，用正弦規(guī)前擋板或側(cè)擋板正確定位，使被測角位于與正弦規(guī)圓柱軸線垂直的平面內(nèi)。若被測角的實際值。與公稱值一致， 則角度塊表面或圓錐的上素線與平板工作面平行；若被測角有偏差即則在平臺上移動測微計，可測得被測角上邊線

19、兩端的高度差。設(shè)兩個測量位置的間距為l(mm)，測微計在兩個位置的讀數(shù)值分別為n1、n2(um)，則被測角偏差為,環(huán)形激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其由等邊三角形（或四邊形等）的光學(xué)諧振腔1和位于腔管內(nèi)的氦一氖氣體放電管4組成。諧振腔由腔管和反射鏡組成閉合回路，反射鏡2、3是全反鏡，反射鏡5允許少量光線透射。氣體放電管的兩端都發(fā)出激光，一束順時針方向傳播，另一束逆時針方向傳播，棱鏡6將兩束光中透過反射鏡5的部分合成一束，射向接收器。接收器由

20、光電轉(zhuǎn)換元件和頻率檢測裝置組成。,環(huán)形激光器測量法,把圓周進(jìn)行等分(例如n等分)，從而得到所需要的角度，稱為圓分度。實現(xiàn)圓分度的器件為圓分度器件例如度盤、圓光柵盤、圓感應(yīng)同步器、多面棱體、多齒分度盤等均可做為標(biāo)準(zhǔn)圓分度器件。各種圓分度器件都具有圓周封閉的特點對它們進(jìn)行圓分度時產(chǎn)生的不均勻性就是圓分度誤差。,圓分度誤差測量,1．圓分度誤差 圓分度誤差是指各分度刻線(或具有分度特性的幾何要素)的實際位置對其理論位置的偏差。用?i表示。,

21、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霧起分度誤差，用 表示。零起分度誤差的一般表達(dá)式為,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(如圖5—18所示)，用fi表示。分度間隔誤差的一般表達(dá)式為,4．直徑誤差 為減小度盤圓分度誤差對測量的影響，很多測角儀器或瞄準(zhǔn)度盤對徑位置上兩刻線的平均位置

22、讀數(shù)，或在對徑位置上安置兩個讀數(shù)顯微鏡取其讀數(shù)的平均值作為測得值。這時度盤的分度精度不再以單個刻線誤差作指標(biāo)，而以度盤對徑位置上兩刻線分度誤差的平均值作指標(biāo)，該平均值即為直徑誤差，用(?i)表示。直徑誤差的一般表達(dá)式為,一、圓分度誤差的直接測量法 將被測圓分度器件與標(biāo)準(zhǔn)圓分度器件同軸安裝，井進(jìn)行直接比較出量以求得被測圓分度誤差的方法，是圓分度誤差的直接測量法．其測量原理簡單，標(biāo)準(zhǔn)件的誤差和測微瞄準(zhǔn)、讀數(shù)裝置的誤差是兩項最主要的誤

23、差。為提高圓分度誤差直接測量法的精度，必須設(shè)法減小標(biāo)準(zhǔn)分度器件的誤差與瞄準(zhǔn)、讀數(shù)裝置的誤差。 （一）用多面棱體測量測角儀器的度盤 多面棱體是一種高精度的角度計量標(biāo)準(zhǔn)器它是以底面為定位基面的正棱體，帶中心孔也可做定位用．多面棱體有8、12、24、36和72面等不同規(guī)格，目前尚有17、23面等奇數(shù)面棱體出現(xiàn)．多面棱體通常與自準(zhǔn)直儀配合使用，即以后者的準(zhǔn)直光束照射并瞄準(zhǔn)棱體的,圓分度誤差的直接測量,精品課件！,精品課件！,