第6章 角度測量技術(shù)

1、1第六章第六章 角度測量技術(shù)角度測量技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 角度檢測概述角度檢測概述第二節(jié)第二節(jié) 角度測量角度測量第三節(jié)第三節(jié) 圓分度誤差測量圓分度誤差測量2第一節(jié)、角度測量概述第一節(jié)、角度測量概述1 1、角度的單位：、角度的單位：國際單位制：弧度國際單位制：弧度(rad) (rad) 分析、計算分析、計算非國際單位：度非國際單位：度( () )、分、分( ( ) )、秒、秒() () 實際應用（加工、測試）實際應用（加工、測試）換算：換算：1 1= 60= 60 , 1, 1 = 60, 1rad = 180/= 60, 1rad = 180/ 57.296 57.296角度自然基準：角度自然基

2、準：360360圓周（絕對準確，沒有誤差）圓周（絕對準確，沒有誤差）一、角度的單位和自然基準一、角度的單位和自然基準2 2、角度的自然基準：、角度的自然基準：整圓周上所有角分度的誤差之和等于零整圓周上所有角分度的誤差之和等于零圓周封閉原則：圓周封閉原則：在圓分度測量中，利用圓周封閉原則，可以提高測在圓分度測量中，利用圓周封閉原則，可以提高測量精度。量精度。3二、角度的實物基準二、角度的實物基準1、角度塊規(guī)：、角度塊規(guī)：形狀：三角形（形狀：三角形（1 1個角度）個角度） 長方形（長方形（4 4個角度）個角度）材料：與量塊相同（穩(wěn)定、耐磨）材料：與量塊相同（穩(wěn)定、耐磨）基準：工作面的夾角基準：工作

3、面的夾角應用：測量零件角度，相對測量基準應用：測量零件角度，相對測量基準精度：精度：0級級3，1級級10，2級級30，42、多面棱體：、多面棱體：精度：精度：0.50.511形狀：正棱柱體形狀：正棱柱體面數(shù)：面數(shù)：4、6、8、12、24、36、72基準：各工作面法線的夾角基準：各工作面法線的夾角應用：測量圓分度誤差（自準直儀）應用：測量圓分度誤差（自準直儀）1 - 被測度盤；被測度盤；2 - 24面體；面體；3 - 工作臺；工作臺；4 - 自準直儀；自準直儀；5 - 讀數(shù)顯微鏡；讀數(shù)顯微鏡；6 - 底座底座53、多齒分度盤：、多齒分度盤：組成：上齒盤、下齒盤，組成：上齒盤、下齒盤， 直徑、齒數(shù)

4、、齒形相同直徑、齒數(shù)、齒形相同 齒數(shù)：齒數(shù)：360360、720720、14401440精度：精度：0.1 0.1 （彈性變形實現(xiàn)誤差平均效應）（彈性變形實現(xiàn)誤差平均效應）原理：下齒盤固定不動，原理：下齒盤固定不動， 上齒盤抬起脫離嚙合后，上齒盤抬起脫離嚙合后， 即可繞其主軸旋轉(zhuǎn)，即可繞其主軸旋轉(zhuǎn)， 再次嚙合，即可根據(jù)轉(zhuǎn)過的再次嚙合，即可根據(jù)轉(zhuǎn)過的 齒數(shù)多少進行精確分度齒數(shù)多少進行精確分度64、圓光柵：、圓光柵：組成：一對光柵盤：組成：一對光柵盤： 定光柵、動光柵定光柵、動光柵, , 直徑、柵距相同直徑、柵距相同 精度：精度：0.2 0.2 （誤差平均效應）（誤差平均效應）原理：偏心疊合在一起

5、，產(chǎn)生莫爾條紋；原理：偏心疊合在一起，產(chǎn)生莫爾條紋；當光柵盤相對轉(zhuǎn)動時，莫爾條紋同步移動。當光柵盤相對轉(zhuǎn)動時，莫爾條紋同步移動。分辨力：分辨力：1010、2020 分類：徑向光柵、切向光柵、環(huán)形光柵分類：徑向光柵、切向光柵、環(huán)形光柵環(huán)形圓光柵75、光電編碼器：、光電編碼器：組成：組成：光源：產(chǎn)生平行光光源：產(chǎn)生平行光 碼盤：光學玻璃，透光碼盤：光學玻璃，透光/不透光，不透光， 同心圓環(huán)同心圓環(huán) - 碼道碼道 光電元件：每個碼道對應一個光電元件光電元件：每個碼道對應一個光電元件精度：優(yōu)于分辨力的一半精度：優(yōu)于分辨力的一半原理：平行光源原理：平行光源碼盤碼盤 光電元件光電元件電信號輸出電信號輸出

6、每個碼道上：透光每個碼道上：透光=1，不透光，不透光=0，多個碼道：多個碼道： 0101 - 絕對碼絕對碼分辨力：與碼盤的碼道數(shù)有關(guān)：分辨力：與碼盤的碼道數(shù)有關(guān)： 例：例：1919位編碼器，分辨力為位編碼器，分辨力為:360:360/2/21919=2.47=2.47n2/3608編碼數(shù)：編碼數(shù)：2 2n n96、圓感應同步器：、圓感應同步器：組成：組成：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子(a)：激勵繞組，連續(xù)繞組：激勵繞組，連續(xù)繞組 定子定子(b)：感應繞組：感應繞組 正弦繞組、余弦繞組正弦繞組、余弦繞組 精度：低于圓光柵精度：低于圓光柵原理：轉(zhuǎn)盤相對定盤轉(zhuǎn)動，在繞組中產(chǎn)生感應電勢；原理：轉(zhuǎn)盤相對定盤轉(zhuǎn)動，在繞組中產(chǎn)

7、生感應電勢； 經(jīng)過電路處理，可獲得轉(zhuǎn)角信號。經(jīng)過電路處理，可獲得轉(zhuǎn)角信號。 基準：基準：360，圓周封閉準則，圓周封閉準則應用：抗干擾能力強，適于加工現(xiàn)場使用。應用：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)繞組導體數(shù)；為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 107、高精度度盤、高精度度盤n 在圓盤的某一圓周上刻有一系列的等分刻線以實現(xiàn)圓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。周等分的器件稱為度盤。n 度盤的角間隔一般為度盤的角間隔一般為1o, 30 , 20 , 10 , 5 和和4 幾種。幾種。n 用于角度及圓分度誤差的靜態(tài)測量。用于角度及圓分度誤差的靜態(tài)測量。11第二節(jié)、角度

8、及角位移測量第二節(jié)、角度及角位移測量一、角度的直接測量一、角度的直接測量1 1、測角儀測角儀：精密儀器，精密儀器，最小分辨率可達最小分辨率可達0.010.01直接測量：測量直接測量：測量0 0360360之間的任意角度之間的任意角度構(gòu)成：構(gòu)成：1 1工作臺：固定被測件工作臺：固定被測件 4 4自準直光管：對準目標自準直光管：對準目標 5 5讀數(shù)裝置：瞄準讀數(shù)讀數(shù)裝置：瞄準讀數(shù) 原理：先瞄準被測件的一個平面，讀數(shù)原理：先瞄準被測件的一個平面，讀數(shù)1 1 轉(zhuǎn)動工作臺，再次瞄準另一個平面，讀數(shù)轉(zhuǎn)動工作臺，再次瞄準另一個平面，讀數(shù)2 2， 被測角度：被測角度：角度基準：分度盤、圓光柵、碼盤角度基準：分

9、度盤、圓光柵、碼盤)(18012ABC測量對象：角度塊、多面棱體測量對象：角度塊、多面棱體 被瞄準平面具有較高的反射率被瞄準平面具有較高的反射率121、測角儀法、測角儀法13自準直儀的分度值有自準直儀的分度值有0.1、0.2和和1幾種。幾種。 1、測角儀法、測角儀法1、光源2、自準直分劃板3、物鏡4、反射物體5、測微分劃板6、目鏡光學自準直儀結(jié)構(gòu)舉例光學自準直儀結(jié)構(gòu)舉例光學自準直原理光學自準直原理141、測角儀法、測角儀法152、影像測量法、影像測量法對象：平板類零件對象：平板類零件影像測量儀影像測量儀：原理：光源原理：光源目標目標鏡頭鏡頭CCDCCD圖像圖像 計算機計算機數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理測量

10、結(jié)果測量結(jié)果特點：快速可以直接獲取角度值；特點：快速可以直接獲取角度值； 智能無需瞄準和對準，自動測量；智能無需瞄準和對準，自動測量； 精準高放大倍率、亞像素細分精準高放大倍率、亞像素細分光源準直透鏡工作臺物鏡CCD攝像機零件163、激光干涉小角度測量、激光干涉小角度測量構(gòu)成：激光器抗干擾；構(gòu)成：激光器抗干擾； 角錐棱鏡兩個，差動測量；角錐棱鏡兩個，差動測量； 轉(zhuǎn)臺被測轉(zhuǎn)角；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，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，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，被反射鏡反射后由光電接收器接收， 產(chǎn)生干涉

11、條紋，并隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動而移動。產(chǎn)生干涉條紋，并隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動而移動。分辨力：分辨力：0.002范圍：范圍：10應用：小角度測量基準（美國、日本、德國、俄羅斯）應用：小角度測量基準（美國、日本、德國、俄羅斯）17構(gòu)成：旋轉(zhuǎn)工作臺：固定被測件構(gòu)成：旋轉(zhuǎn)工作臺：固定被測件 標準角度塊：角度基準標準角度塊：角度基準 自準直儀：測量角度偏差自準直儀：測量角度偏差 原理：先放置標準角度塊，自準直儀瞄準讀數(shù)原理：先放置標準角度塊，自準直儀瞄準讀數(shù)1 1； 放置被測工件，自準直儀再次瞄準讀數(shù)放置被測工件，自準直儀再次瞄準讀數(shù)2 2； 被測角度：被測角度：角度基準：自準直儀角度基準：自準直儀測量對象：被瞄準平面具有較高

12、的反射率測量對象：被瞄準平面具有較高的反射率)(1204、自準直儀法（相對測量法）、自準直儀法（相對測量法）18二、角度的間接測量二、角度的間接測量間接測量：測量其他量，計算得出角度。間接測量：測量其他量，計算得出角度。原理：利用三坐標測量機測量兩端截面；原理：利用三坐標測量機測量兩端截面； 分別獲得兩個截面的直徑分別獲得兩個截面的直徑d dA A、d dB B和距離和距離L L； 被測錐度：被測錐度：精度：一般可以高于直接測量角度。精度：一般可以高于直接測量角度。1 1、坐標測量法坐標測量法：LddKAB/ )(201201201201)()(22)()(22BBBBBBAAAAAAyyxx

13、rdyyxxrd19雙坐標測量儀雙坐標測量儀12()/KDDH二、角度的間接測量二、角度的間接測量20二、角度的間接測量二、角度的間接測量原理：測量高度，計算角度：原理：測量高度，計算角度： 存在高度差時：存在高度差時：范圍：范圍：45，在測量小于，在測量小于30的角度時，精確度可達的角度時，精確度可達352 2、正弦規(guī)測量法正弦規(guī)測量法：按正弦原理工作：按正弦原理工作LH /sin0210()/nnl21第三節(jié)、圓分度誤差測量第三節(jié)、圓分度誤差測量一、圓分度誤差的概念一、圓分度誤差的概念圓分度：將整個圓周進行若干等分。圓分度：將整個圓周進行若干等分。 例：若將圓周例：若將圓周n n等分，每分

14、度等分，每分度360360 /n/n 圓分度誤差：圓分度誤差：分度要素的實際位置相對于理想位置的偏差，用分度要素的實際位置相對于理想位置的偏差，用i表示表示。00021022 2 2零起分度誤差零起分度誤差 以零刻線的實際位置為基準，確定全部刻線的理論位置，以零刻線的實際位置為基準，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。零起分度誤差的一般表達式為表示。零起分度誤差的一般表達式為0,i010010, 0siisiis10,00,0,0()/siiiiis0, 0ii23 3分度間隔誤差分度間隔誤差 度盤上相鄰兩刻線之間的角

15、距離稱為間隔。實際間隔角度值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 與理論間隔角度值與理論間隔角度值 0之差即為分度間隔誤差，用之差即為分度間隔誤差，用fi表示。分度間表示。分度間隔誤差的一般表達式為：隔誤差的一般表達式為：,1i iii 1ifi0,i 10,ifs 1ii 0f0任意兩刻線組成的間隔稱為任意兩刻線組成的間隔稱為任意間隔任意間隔。最大分度間隔誤差最大分度間隔誤差Fmax 度盤的一個重要評定指標度盤的一個重要評定指標maxmaxmin - iiF244、直徑誤差：、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直徑位置兩個分度值取平均，兩條刻線分度誤差

16、的平均值，叫做直徑誤差，用值，叫做直徑誤差，用( i)表示表示2/ )()(2/siii要點：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?？叹€誤差的封閉條件為刻線誤差的封閉條件為0-360，而直徑誤差的封閉條件則為，而直徑誤差的封閉條件則為0-180， 即即0180和和180360區(qū)域內(nèi)刻線的直徑誤差完全相同。區(qū)域內(nèi)刻線的直徑誤差完全相同。直徑誤差能減小度盤圓分度誤差對測量的影響；直徑誤差能減小度盤圓分度誤差對測量的影響； 25二、圓分度誤差的直接測量二、圓分度誤差的直接測量直接測量法：直接測量法

17、： 將被測圓分度器件與標準圓分度器件同軸安裝，將被測圓分度器件與標準圓分度器件同軸安裝， 直接比較被測件與基準，求得圓分度偏差。直接比較被測件與基準，求得圓分度偏差。原理：驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動原理：驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動 顯微鏡顯微鏡3粗定位粗定位 顯微鏡顯微鏡4精瞄準定位（精瞄準定位（5路信號的合成信號為路信號的合成信號為0） 讀顯微鏡讀顯微鏡5光電式度盤檢查儀光電式度盤檢查儀：組成：組成：2 2被測度盤：由被測度盤：由2 2個光電顯微鏡個光電顯微鏡5 5瞄準讀數(shù)；瞄準讀數(shù)； 1 1基準度盤：由基準度盤：由5 5個光電顯微鏡個光電顯微鏡4 4精瞄準，精瞄準， 由光電顯微鏡由光電顯微鏡3 3粗定位；粗定位； 誤

18、差：標準件誤差、瞄準誤差、讀數(shù)誤差。誤差：標準件誤差、瞄準誤差、讀數(shù)誤差。261、基準度盤、基準度盤2、被測度盤、被測度盤3、粗瞄準光電顯微鏡、粗瞄準光電顯微鏡4、精瞄準光電顯微鏡、精瞄準光電顯微鏡5、讀數(shù)顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡27在度盤刻線圓周上均布在度盤刻線圓周上均布m個讀數(shù)裝置同時讀數(shù)，取個讀數(shù)裝置同時讀數(shù)，取m個讀數(shù)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：的平均值作為測得值，則該測得值包含的刻線誤差為：/11sin()s mkmkmkAkmB /55151sin(5)skkkAkB 光電式度盤檢查儀的標準度盤上，采用了五個均勻分布的光電光電式度盤檢查儀的標準度盤上，采用了五個均勻分布的光電顯微鏡，即顯微鏡，即m=5，取其合成信號等于零作精確定位時，瞄準的，取其合成信號等于零作精確定位時，瞄準的是是5根刻線的平均位置，其所包含的刻線誤差為：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二、圓分度誤差的直接測量28圓分度誤差數(shù)據(jù)處理圓分度誤差數(shù)據(jù)處