角度和圓分度誤差的測(cè)量課件

1、第五章 角度和圓分度誤差的測(cè)量角度測(cè)量的類型圓周分度器件：按測(cè)量對(duì)象可分為3種類型：?jiǎn)我唤嵌龋豪?，v形導(dǎo)軌的夾角、燕尾槽角度等；圓錐零件的錐形角：例如，刀具的錐柄、機(jī)床主軸的錐孔等；例如，分度盤(pán)、多齒盤(pán)、多面棱體以及各種齒輪、花鍵等。主 要 內(nèi) 容1 角度和圓錐角的測(cè)量2 圓周分度誤差的測(cè)量3 能自動(dòng)計(jì)數(shù)的角度測(cè)量技術(shù)一、比較法二、平臺(tái)法三、坐標(biāo)法四、用帶圓周分度裝置的儀器測(cè)量五、光波干涉法1 角度和圓錐角的測(cè)量一、比較法觀察光隙大小用角度樣板檢查角度用于車間，屬于間接測(cè)量。用角度極限樣板檢查角度小端接觸大端接觸工件工件二、平臺(tái)法先測(cè)量長(zhǎng)度尺寸再計(jì)算角度。屬于間接測(cè)量 用于車間在平臺(tái)/平板上

2、放置計(jì)量器具和工具實(shí)現(xiàn)測(cè)量。1兩內(nèi)表面的夾角和內(nèi)錐角的測(cè)量2. 兩外表面的夾角和外錐角的測(cè)量平臺(tái)測(cè)量一般是利用通用的量具、量?jī)x(千分尺、卡尺、百分表、比較儀等)、長(zhǎng)度基準(zhǔn)(量塊)、輔助量具(平板、平尺、直角尺、正弦規(guī)等)和其它輔助器具(圓柱、心軸等)來(lái)測(cè)量零件的長(zhǎng)度尺寸和角度尺寸。由于測(cè)量是在作為測(cè)量基準(zhǔn)的平臺(tái)上進(jìn)行，因此稱為平臺(tái)測(cè)量。1用等徑圓柱和量塊測(cè)兩內(nèi)表面的夾角和內(nèi)錐角trr量塊尺寸等徑圓柱測(cè)V形塊夾角rV形塊對(duì)稱：測(cè)量尺寸用等徑圓柱測(cè)V形塊夾角rh2 -h1P2P1V形塊不對(duì)稱：測(cè)量尺寸*用標(biāo)準(zhǔn)圓柱測(cè)量?jī)?nèi)燕尾槽的斜角 可用兩對(duì)不等直徑的標(biāo)準(zhǔn)圓柱測(cè)量，也可用一對(duì)等直徑的標(biāo)準(zhǔn)圓柱測(cè)量。

3、用兩對(duì)不等直徑圓柱測(cè)量時(shí)，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(cè)孔徑量具測(cè)定圓柱間的間距M1和M2，內(nèi)燕尾槽的斜角?？捎上率酱_定：測(cè)量尺寸：M1、 M2用一對(duì)等徑圓柱測(cè)量時(shí)，先測(cè)出M1，再在兩圓柱下墊上尺寸為a的量塊，測(cè)出M2，則內(nèi)燕尾槽的斜角為：測(cè)量尺寸：M1、 M2用鋼球測(cè)內(nèi)錐角測(cè)量尺寸：A、 a2. 兩外表面的夾角和外錐角的測(cè)量CC”測(cè)量尺寸：用等徑圓柱測(cè)外錐角 正弦尺的結(jié)構(gòu)如圖所示。正弦尺的上表面為工作面，在正弦尺主體1下方固定有兩個(gè)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(cè)件定

4、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心線用正弦尺測(cè)外錐錐度上工作面用正弦尺測(cè)外錐錐度測(cè)出a,b兩點(diǎn)的高度差為n則錐度誤差正弦尺小角度測(cè)量原理（檢定自準(zhǔn)直儀或水平儀）1000mm1uma平臺(tái)法屬于間接測(cè)量，測(cè)量精度應(yīng)按函數(shù)誤差來(lái)分析三、坐標(biāo)法（間接測(cè)量）圖59 用萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)錐度一維測(cè)長(zhǎng)儀器一般僅用于前述的平臺(tái)測(cè)量。凡是帶有二維或三維坐標(biāo)測(cè)量裝置的測(cè)長(zhǎng)儀器，均可實(shí)現(xiàn)平面角度的坐標(biāo)測(cè)量。外錐*在工具顯微鏡上用測(cè)角目鏡測(cè)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(cè)角目鏡進(jìn)行測(cè)量。采用影象法測(cè)量時(shí)，需使工具顯微鏡成象

5、的平行光與被測(cè)角度所在平面垂直，通過(guò)調(diào)焦即可在目鏡視場(chǎng)內(nèi)得到被測(cè)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(cè)角兩邊輪廓對(duì)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(cè)的角度值。為了提高測(cè)量精度，米字線在對(duì)準(zhǔn)輪廓時(shí)不采用測(cè)長(zhǎng)時(shí)所用的壓線法，而是采用對(duì)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(lái)判斷對(duì)準(zhǔn)與否。用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)錐度 圖5一10 以x-y平面為基準(zhǔn)，在x-z平面測(cè)量圓心坐標(biāo)內(nèi)錐z用二維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x也可實(shí)現(xiàn)上述測(cè)量，如在工具顯微鏡上，采用光學(xué)靈敏杠桿測(cè)孔徑的方法可測(cè)得內(nèi)錐體的錐度，測(cè)量原理如圖所示。將錐體在工作臺(tái)上定位，且必須錐孔大端朝上。先

6、在靠近大端處測(cè)得直徑D1，再在被測(cè)錐的下面墊上尺寸為H的量塊，并保持測(cè)頭縱向位置不變，測(cè)得靠近錐體小端處的截面直徑D2，則所測(cè)內(nèi)錐的錐度即為 內(nèi)錐P34測(cè)量時(shí)應(yīng)盡可能選擇靠近錐體兩端的橫截面A、B為測(cè)量截面，即使軸向間距l(xiāng)盡可能的大，每個(gè)截面上各測(cè)三點(diǎn)坐標(biāo)(x1，y1, z1)、 (x2，y2，z2)、(x3, y3, z3)、 (x4, y4,z4)、 (x5，y5, z5)、 (x6,y6,z6)求得直徑DA和DB，則錐體的錐度又可用下式求得*用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量外錐體錐度 四、用帶圓周分度裝置的儀器測(cè)量角度規(guī)、分度頭、分度臺(tái)、測(cè)角儀、經(jīng)緯儀、萬(wàn)能工具顯微鏡的測(cè)角目鏡，以及萬(wàn)能工具顯微鏡和三

7、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)角附件等。均有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓周分度裝置(如光學(xué)分度盤(pán)、圓光柵盤(pán)、圓感應(yīng)同步器等)。常用的帶分度裝置的儀器有：儀器特點(diǎn)測(cè)量方法：比較測(cè)量1、用光學(xué)分度頭測(cè)量角度分度頭主體小平臺(tái)自準(zhǔn)直儀支座工件自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡帶有光源a0oa0o當(dāng)兩次讀數(shù)分別在0刻線的兩側(cè)時(shí),較小的讀數(shù)應(yīng)加上360度。注意問(wèn)題 1）在光學(xué)分度頭上測(cè)量試件，常采用多次測(cè)量，用算術(shù)平均值作測(cè)量結(jié)果，以提高測(cè)量精度。2）為了消除分度頭的度盤(pán)偏心引起的誤差，利用圓周封閉原則，將被測(cè)件相對(duì)分度頭度盤(pán)依次安放在3個(gè)等分的位置上進(jìn)行測(cè)量，取其平均值作為測(cè)量結(jié)果。2、測(cè)角儀測(cè)量角度底座主軸自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)顯微鏡立柱平行光管工作臺(tái)12螺釘8

8、鎖緊度盤(pán)和主軸13螺釘7鎖緊圓盤(pán)9和轉(zhuǎn)臂3一體2秒測(cè)角儀轉(zhuǎn)臂度盤(pán)瞄準(zhǔn)器:自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)器讀數(shù)圓分度器件被測(cè)件主軸工作臺(tái)讀數(shù)a測(cè)角原理自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡1光源2自準(zhǔn)直分劃板3 物鏡4反射面5測(cè)微分劃板6目鏡測(cè)量時(shí)先用瞄準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)被測(cè)件上組成被測(cè)角的第一個(gè)幾何要素(可能是點(diǎn)、線、面)由讀數(shù)裝置讀得讀數(shù)1 ，然后使圓分度器件、主軸、工作臺(tái)及被測(cè)件一起回轉(zhuǎn)，直至瞄準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)組成被測(cè)角的第二個(gè)幾何要素，讀得讀數(shù)2 。根據(jù)被測(cè)角的定義作簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理，便可得被測(cè)角度值。瞄準(zhǔn)讀數(shù)幾何中心實(shí)踐轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)中心角度讀數(shù)度盤(pán)幾何中心與軸系旋轉(zhuǎn)中心的偏心誤差偏心引起的讀數(shù)誤差對(duì)徑讀數(shù)：將兩讀數(shù)值取平均值則可消除此偏心誤差對(duì)徑讀

9、數(shù)：將兩讀數(shù)值取平均值則可消除此偏心誤差度盤(pán)6-11：重合成像系統(tǒng)分劃板重合成像物鏡：把度盤(pán)左邊刻度成像于度盤(pán)右邊刻度面上讀數(shù)顯微物鏡：把刻度雙像成像于分劃板17上對(duì)徑讀數(shù)重合成像原理度、10分度分、度盤(pán)刻度：0-180度、10-60分細(xì)分刻度：0-10分、0-60秒（由讀數(shù)顯微鏡光路完成）分劃板17上指標(biāo)線對(duì)準(zhǔn)雙像中間(1)用自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡測(cè)量自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡帶有光源自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡1光源2自準(zhǔn)直分劃板3 物鏡4反射面5測(cè)微分劃板6目鏡(2)用自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡和平行光管測(cè)量利用平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)性質(zhì)提高對(duì)準(zhǔn)精度 五、光波干涉法1 普通單色光干涉法測(cè)小角度兩個(gè)相交平面所夾的小角度可用光的等厚干涉法進(jìn)行測(cè)量。儀器原理

10、參考平面被測(cè)平面 （上下兩面）角錐反射棱鏡偏振分光鏡檢偏器光電元件* 2、雙頻激光干涉法測(cè)量小角度激光器2 圓周分度誤差的測(cè)量一、圓周分度器件概述多面棱體多齒分度盤(pán)二、圓周分度誤差的評(píng)定指標(biāo)1、刻線誤差：刻線的實(shí)際位置對(duì)其理論位置的誤差。圓周封閉原則2、零起刻線誤差零刻線的實(shí)際位置與理論位置不重合，即零刻線有誤差。2、零起刻線誤差刻線誤差與零起刻線誤差的關(guān)系式實(shí)際應(yīng)用時(shí)，先確定零起刻線誤差，再計(jì)算零刻線誤差最后求刻線誤差圓周封閉原則3、間距誤差刻線間距的實(shí)際長(zhǎng)度與理論長(zhǎng)度之差稱為間距誤差。3、間距誤差零起刻線誤差與間距誤差的關(guān)系三、圓周分度誤差的測(cè)量分類1絕對(duì)測(cè)量法2相對(duì)測(cè)量法 測(cè)量被測(cè)分度盤(pán)

11、的刻線誤差時(shí)，用精度更高的分度盤(pán)（或其他分度器件，如多面棱體等）的刻線作基準(zhǔn)，同被測(cè)分度盤(pán)的刻線進(jìn)行比較，得到被測(cè)度盤(pán)的刻線誤差，從而算出間距誤差和任意間距誤差。 利用被測(cè)分度盤(pán)(或其他分度器件，如多面棱體等)自身某一間距為相對(duì)基準(zhǔn)，依次測(cè)量其他間距并利用圓周封閉特性，算出間距誤差和任意間距誤差。四、圓周分度誤差的絕對(duì)測(cè)量法1、圓分度盤(pán)的測(cè)量基準(zhǔn)度盤(pán)2被測(cè)度盤(pán)對(duì)徑讀數(shù)：將兩讀數(shù)值取平均值則可消除此偏心誤差多面棱體的測(cè)量各個(gè)符號(hào)含義見(jiàn)135136五、圓周分度誤差的相對(duì)測(cè)量法定角法全組合法3 能自動(dòng)計(jì)數(shù)的角度測(cè)量技術(shù)圓光柵圓編碼器圓感應(yīng)同步器圓磁柵環(huán)形激光切向圓光柵徑向圓光柵每條刻線寬度占刻線間距

12、的一半，一般都作成黑白透射光柵。柵距做成中心角1，2，4，相應(yīng)圓周柵線數(shù)21600，10800，5400。一、圓光柵圓光柵的應(yīng)用 圓光柵的應(yīng)用也和長(zhǎng)光柵的應(yīng)用一樣，是將兩塊圓光柵疊放(兩者之間有小間隙)在一起，形成莫爾條紋，或?qū)A光柵一側(cè)的柵線通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像在另一側(cè)柵線上形成莫爾條紋，莫爾條紋常有下列3種形式：1環(huán)形莫爾條線2 圓弧形莫爾條紋 3 輻射形條紋1環(huán)形莫爾條紋將兩塊切向圓光柵盤(pán)的柵線面相對(duì)安裝，并使其同心，則獲得環(huán)形莫爾條紋，莫爾條紋簇是與光柵同心的同心環(huán)。莫爾條紋的間距B： 當(dāng)兩光柵相對(duì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)柵距時(shí)，環(huán)形條紋就由中心向外(或向內(nèi))移過(guò)一個(gè)條紋間距；當(dāng)兩光柵相對(duì)反方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)柵

13、距時(shí)，環(huán)形條紋就由外向中心移過(guò)一個(gè)條紋間距，即光柵轉(zhuǎn)動(dòng)和條紋的移動(dòng)是一一對(duì)應(yīng)的。這種條紋形狀最適用于：多讀數(shù)頭的測(cè)量裝置，也適用于全接收測(cè)量裝置。2 圓弧形莫爾條紋 將兩塊柵線數(shù)目相同的徑向圓光柵偏心安置(偏心量為e)，則兩光柵的各柵線的交角將各不相同，這樣就形成曲率半徑各不相同的圓弧形莫爾條紋簇。e條紋有3種形式：1、橫向莫爾條紋2、縱向莫爾條紋3、斜向莫爾條紋3 輻射形條紋 將兩塊柵線不同的徑向圓光柵同心安裝時(shí)，則形成輻射形條紋，其整圓上的莫爾條紋數(shù)為： 當(dāng)兩圓光柵的柵線數(shù)相同時(shí)，則形成光閘莫爾條紋，此時(shí)兩光柵相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)柵距角時(shí)，視場(chǎng)由亮變暗(或由暗變亮)，即視場(chǎng)內(nèi)不能同時(shí)見(jiàn)到亮帶和暗帶

14、。用圓光柵產(chǎn)生莫爾條紋進(jìn)行測(cè)量角度的3大優(yōu)點(diǎn)：1、平均效應(yīng)，它能減小光柵局部柵線誤差的影響，提高精度；2、放大作用，由于2r比R小得多，因而R/2r是一個(gè)很大的數(shù)，它正是光柵柵距放大成莫爾條紋間距的放大倍數(shù)；3、對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩圓光柵的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和莫爾條紋的移動(dòng)是一一對(duì)應(yīng)的，當(dāng)圓光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，莫爾條紋的移動(dòng)方向也相反。圖537 利用圓光柵檢定度盤(pán)被檢度盤(pán)主光柵指示光柵光電顯微鏡光闌光電元件光闌編碼器：1、直線型編碼器；2、圓型編碼器，用于測(cè)量角度，故又稱軸角編碼器或碼盤(pán)。 這里介紹一種透射式光學(xué)碼盤(pán)，它就像是一些不同柵距的圓光柵(這里稱不同的碼道)同心地套在一起。 但從讀數(shù)原理來(lái)看它又與圓光

15、柵完全不同。它不是通過(guò)莫爾條紋進(jìn)行讀數(shù)，而是根據(jù)各個(gè)碼盤(pán)透光與否來(lái)讀取它所對(duì)應(yīng)的編碼。二、軸角編碼器軸角編碼器-透射式光學(xué)碼盤(pán)有4條碼道，由黑、白區(qū)域組成適宜于按二進(jìn)制進(jìn)行編碼計(jì)數(shù)按二進(jìn)制原理各碼道分別將圓周分成21、22、23和24 等份第4碼道被分成24=16等份，每份22.5o若黑色不透光為0，白色透光為1，則 0000表示1 22.5o ， 0001表示22.5o 45o ， 1111 表示337.5o 360o 。00000010碼道越多，分辨率越高。1111碼盤(pán)工作原理透鏡光源碼盤(pán)狹縫光電接收元件 根據(jù)碼盤(pán)的轉(zhuǎn)角位置，各光電元件輸出不同的信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)放大后送入鑒幅電路，以鑒別各

16、碼道輸出的光電信號(hào)對(duì)應(yīng)于“0”或“l(fā)”。得到一組反應(yīng)角度位置的二進(jìn)制編碼，再經(jīng)譯碼器后，按需要輸出各種進(jìn)制的角度值。至少一個(gè)碼道需要一個(gè)感應(yīng)同步器： 長(zhǎng)形，用于測(cè)量長(zhǎng)度，由定尺和滑尺組成； 圓形，用于測(cè)量角度，由定子和轉(zhuǎn)子組成。三、圓形感應(yīng)同步器長(zhǎng)感應(yīng)同步器定子轉(zhuǎn)子 定子、轉(zhuǎn)子是在基板(用硬鋁、不銹鋼或玻璃等材料)上，粘上一層銅箔，按印刷電路的制造方法制成平面繞組。圓感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的工作原理大小與定尺繞組和滑尺繞組的相對(duì)位置有關(guān)；即兩繞組移過(guò)一個(gè)節(jié)距，而感應(yīng)電壓將變化一個(gè)周期。1/4p2/4p3/4p4/4p感應(yīng)電壓兩繞組相對(duì)位置0在實(shí)際應(yīng)用中，常將滑尺(或轉(zhuǎn)子)繞組做成兩組，sin繞組

17、和cos繞組。兩繞組的位置、在空間錯(cuò)開(kāi)14節(jié)距，其目的是為判斷移動(dòng)方間和細(xì)分。ex長(zhǎng)磁柵，用于測(cè)量長(zhǎng)度；圓磁柵，用于測(cè)量角度。圓磁柵是在一個(gè)圓柱(或圓盤(pán))為基體的圓周表面上鍍上一層磁膜，當(dāng)圓盤(pán)均勻旋轉(zhuǎn)時(shí)，把一個(gè)頻率非常難確、穩(wěn)定的正弦電壓信號(hào)記錄在磁膜上，就形成如圖所示的磁格(n極和s極兩兩相對(duì))，它是以磁波為分度標(biāo)準(zhǔn)的圓磁柵。四、圓 磁 柵錄磁原理錄磁驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)信號(hào)發(fā)生器分頻濾波錄磁放大器錄磁頭錄磁盤(pán)主軸飛輪飛輪撓性聯(lián)軸節(jié)卸荷裝置控制旋轉(zhuǎn)精度無(wú)級(jí)分頻器分相器功放按讀取信號(hào)方式的不同，讀磁頭分兩種： 1、動(dòng)態(tài)磁頭 2、靜態(tài)磁頭利用圓磁柵測(cè)角或分度時(shí)，磁柵和被測(cè)件一起同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再利用讀磁頭將磁柵上的標(biāo)準(zhǔn)錄磁信號(hào)讀出，并進(jìn)行處理。1、動(dòng)態(tài)磁頭又稱速度響應(yīng)式磁頭特點(diǎn)是在鐵鎳合金材料制成的磁心上，只有一組輸出繞組。工作時(shí)，磁柵上的磁信號(hào)與讀磁頭的磁心構(gòu)成磁路，當(dāng)磁柵與磁頭之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)磁頭磁心的磁通量發(fā)生變化，在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。2、靜態(tài)磁頭特點(diǎn)：在每個(gè)磁頭的滋心上均有兩個(gè)繞組，即激磁繞組和輸出繞組。此時(shí)，磁柵與磁頭之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)也有信號(hào)輸出。兩磁頭輸出繞組輸出的感應(yīng)電勢(shì)：求差電路內(nèi)相減得輸出電壓：ex 兩傳播方向相反的光束在閉合