检测技术6

2010-3-111仪器科学与光电工程学院2010-3-112第六章角度及角位移测量§6－1概述§6－2单一角度尺寸测量§6－3圆分度误差的测量§6－4角位移量的测量思考题和课外作业2010-3-113第六章角度及角位移测量§6－1概述⒈角度单位及量值传递非国际单位制单位：秒（″）、分（′）、度（°）。国际单位制辅助单位：弧度（rad）。量值传递：用高精度角度基准检定低精度角度基准。2010-3-114实物基准圆光栅圆感应同步器多齿分度盘刻划度盘角编码器多面棱体第六章角度及角位移测量§6－1概述⒉角度基准及圆周封闭原则自然基准——360°圆周角：唯一没有误差的基准。有平均效应无绝对零位无平均效应有绝对零位图6－1图6－2图6－32010-3-115第六章角度及角位移测量§6－1概述⒉角度基准及圆周封闭原则思考如何构建高分辨率的大角度测量系统？采用圆光栅、圆感应同步器等易实现电子细分的标准件。采用差动结构。与小角度测量仪配合使用。2010-3-116第六章角度及角位移测量§6－1概述⒉角度基准及圆周封闭原则圆分度误差测量的重要原则——圆周封闭原则：在圆分度误差测量时，充分利用圆周的自然封闭特性（所有角间隔的误差之和等于零），进行测量方案的选定和数据处理，从而提高测量精度。2010-3-117第六章角度及角位移测量§6－1概述⒊分度基准的分度误差特性)sin()(10iiiBiAAf++=∑∞=φφ分度误差用周期函数f(φ)表示)sin(/)(1/11kmmskkmmiiBkmAmf+==Δ∑∑==φφ分度误差对m个读数平均值的影响为设基准的分度数为2s，则)sin()(1isiiBiAf+=∑=φφ0)(=∑φf)sin()(111isiiBiAf+=∑=φφ])(sin[)(111isiiBiAf++=+∑=βφβφ}])1([sin{])1([111isiiBmiAmf+−+=−+∑=βφβφ在圆周上均布m个读数头读数，则同时被瞄准的m个分度要素的误差为mπβ2=βφ≤1均布2个读数头，可消除分度误差哪些谐波对测量结果的影响？均布5个测头呢？2010-3-118第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量直接测量绝对测量：使用带有360°标准件的专用测角仪器。相对测量：使用小角度测量仪。间接测量坐标测量：使用三坐标测量机、双坐标测量机＋量块等。平台测量：使用基准平台＋量具。其它测量：如利用角位移传感器测量等。2010-3-119第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量小角度测量仪——自准直仪：光学式、光栅式等图6－8光学式⑴单独作为测量仪器；⑵作为绝对测角仪器的瞄准系统2010-3-1110第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量小角度测量仪——自准直仪：光学式、光栅式等光电元件自准直分划板测微分划板目镜视场光栅式2010-3-1111第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量工件（标准件）工作台定位销测量光线正弦臂转轴瞄准光线瞄准系统干涉头激光小角度测量仪工作示意图2010-3-1112第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量机械1倍频+光学2倍频+电学4倍频=32倍激光小角度测量仪图6-10激光器扩束器光电元件工作台转轴2010-3-1113相对测量瞄准方法举例图6-11图6-9单独的瞄准系统瞄准测量系统合一第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量2010-3-1114第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量角度绝对测量仪器——测角仪两种工作方式转臂固定,工作台带动被测工件转动。工作台固定，转臂带动自准直光管和读数显微镜转动。78图6-4图6-56转臂5读数显微镜2度盘4自准直仪8平行光管1工作台2010-3-1115第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量角度绝对测量仪器——测角仪两种瞄准方式单独用自准直光管瞄准（两种工作方式均可）。自准直光管和平行光管配合使用（第一种工作方式）。图6-62010-3-1116第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量角度绝对测量仪器——万能工具显微镜图6－7⑴用测角目镜测量，高精度测量时配用测量刀。⑵不采用压线的方法瞄准，而采用对线的方法瞄准。2010-3-1117第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量间接测量——坐标测量图6－12图6－13三坐标测量机测量外锥度双坐标测量机＋量块测量内锥度：内锥孔大头朝上，测量过程中测头高度不变。2010-3-1118第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量间接测量——平台测量平台测量：一般在基准平台上完成测量。优点——易于实现；可达较高的测量精度。缺点——不易实现测量自动化；必须建立准确的数学模型。借助于粗细2对标准圆柱借助于1对标准圆柱＋量块组用测量内尺寸方法测量M1和M2图6－142010-3-1119第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量间接测量——平台测量图6－152010-3-1120第六章角度及角位移测量§6－2单一角度尺寸测量间接测量——平台测量图6－16用正弦规测量角（锥）度B面——双圆柱下接触线的公共面A面间接测量误差分析举例：LH=0sinαlnn)(12−=Δα2200ααααααΔ+=⇒Δ+=ddd2202200)()cos1(dLLtgdHLdααα+=2221222)()2(dllnndnld−+=Δα量块尺寸误差A面平面度误差A面与B面的平行度误差正弦规法不适宜测量大角度，为什么？2010-3-1121第六章角度及角位移测量§6－3圆分度误差的测量⒈圆分度误差的评定指标圆分度误差θi:分度要素实际位置相对于理论位置的偏差。有正负。零起分度误差θ0,i:以零分度要素的位置为基准确定的分度偏差。分度间隔误差fi:实际角间隔相对于理论角间隔的偏差值。重要评定指标——（任意两要素）最大分度间隔误差Fmax。直径误差(φi)：对径两分度要素分度误差的平均值。010=∑−=siiθssiiii∑−==−=10,000,0θθθθθ010,01,01=−=−=∑−=++siiiiiiiffθθθθ[][]minmaxmaxiiFθθ−=2/)()(2/siii±+=θθφ2010-3-1122第六章角度及角位移测量§6－3圆分度误差的测量⒉圆分度误差的绝对测量⑴用5个读数头瞄准基准度盘⑵用2个读数头瞄准被检度盘⑶数据处理流程用光电式度盘检查仪检定度盘——消除刻线误差中非5n次谐波的影响——测量零起直径误差零起直径误差→直径误差→直径间隔误差图6－19什么时候直接测量直径误差？2010-3-1123第六章角度及角位移测量§6－3圆分度误差的测量⒉圆分度误差的绝对测量图6－20用通用测角仪器测量齿轮齿距误差光学分度头、多齿分度盘等＋长度测微仪或其它定位装置两种方法：⑴测长仪器定位，测角仪器读取偏差；⑵测角仪器定位，测长仪器读取偏差。2010-3-1124第六章角度及角位移测量§6－3圆分度误差的测量⒊圆分度误差的相对测量图6－216如何确定多面棱体的圆分度误差？°−=60iifϕLL1,022,011,00,01,01θθθθθ+==⇒−=fff圆分度误差相对测量时，不需要一个高精度的标准件，只需要一个尺寸未知、但稳定不变的定角作相对基准。图6－216没有360°标准件能否实现多面棱体分度误差测量？2010-3-1125第六章角度及角位移测量§6－3圆分度误差的测量⒊圆分度误差的相对测量图6－22ipippijjptipziiiiptziiptziiptptiptiFFFfFzaafzaffffaΔ−Δ=Δ=Δ−=Δ−=Δ=ΔΔ−Δ=∑∑∑∑====min)max(0111111齿距偏差齿距累积误差2010-3-1126第六章角度及角位移测量§6－3圆分度误差的测量⒋圆分度误差的组合测量图6－23⑴当不具备实现绝对测量所需的高精度标准件⑵相对法测量精度满足不了要求通过冗余测量提高测量精度用全组合常角法测量正n面棱体时，应组成（n-1）个常角，测得n（n-1）个测量值，建立n（n-1）个测量方程。2010-3-1127第六章角度及角位移测量§6－4角位移量的测量图6－25)sin(1θω+=tnuem图6－24旋转变压器tnuemωθsincos1=单自由度角位移测量2010-3-1128第六章角度及角位移测量§6－4角位移量的测量图6－26单自由度角位移测量2010-3-1129第六章角度及角位移测量§6－4角位移量的测量图6－17单自由度角位移测量2010-3-1130第六章角度及角位移测量§6－4角位移量的测量图6－29平行光刻线像光电元件狭缝振动范围振动狭缝光强时间光电法瞄准刻线基本原理二维小角位移测量2010-3-1131第六章角度及角位移测量§6－4角位移量的测量图6－31综合参数测量中的角位移测量2010-3-1132第六章角度及角位移测量思考题和课外作业思考题：⑴测量单一角度尺寸有哪些方法？⑵用什么方法可以减小度盘分度误差对测量结果的影响？⑶相对法测量圆分度误差时，对基准有什么要求？⑷用万能工具显微镜测量长度尺寸和测量角度尺寸时，瞄准方法相同吗？课外作业：6－6、6－8、6－9、6－10