第二章-自準(zhǔn)直儀ppt課件

1、1,第二章 自 準(zhǔn) 直 儀,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.熟悉自準(zhǔn)直測量原理； 2.了解自準(zhǔn)直儀的三種基本光學(xué)系統(tǒng)； 3.熟悉平直度檢查儀的光路原理與測微原理， 在此基礎(chǔ)上，了解光電自準(zhǔn)直儀和激光準(zhǔn)直儀的 基本工作原理； 4.結(jié)合實(shí)訓(xùn)，掌握平直度檢查儀的操作使用,2,儀器用途,自準(zhǔn)直儀是一種光學(xué)測角儀器它是利用光學(xué)自準(zhǔn)直原理來觀測目標(biāo)位置的變化，廣泛應(yīng)用于直線度和平面度的測量。 它和多面棱體配合可以檢測分度機(jī)構(gòu)的分度誤差；此外，還可測量零部件的垂直度、平行度等,3,第一節(jié) 自準(zhǔn)直測量原理,一、平行光管原理,當(dāng)位于物鏡焦面上的分劃板被光源照亮后，從分劃板上發(fā)出的光，經(jīng)過物鏡后，即形成平行光，這樣的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，

2、就叫做平行光管,如圖21所示,二、自準(zhǔn)直光管原理,圖22為自準(zhǔn)直光管的工作原理,4,十字線與其倒像之間將錯(cuò)開距離t為,t-稱為偏離量 當(dāng)很小時(shí),圖2-2 自準(zhǔn)直光管的工作原理,5,三、自準(zhǔn)儀的測微原理,應(yīng)用自準(zhǔn)直光管的工作原理，再加上測微機(jī)構(gòu)而設(shè)計(jì)制造的計(jì)量儀器，被稱之為自準(zhǔn)直儀。 只要用自準(zhǔn)直儀的測微機(jī)構(gòu)測出上式中距離t,就可得出反射鏡的角度變化值。這就是自準(zhǔn)直儀測量微小角度的基本原理,6,第二節(jié) 自準(zhǔn)直儀的三種基本光學(xué)系統(tǒng),自準(zhǔn)直儀通常由三部分組成: 1.體外反射鏡 2.物鏡光管部件 3.測微目鏡部件 由于分劃板和各個(gè)光學(xué)元件的位置、結(jié)構(gòu)不同，自準(zhǔn)直儀有以下三種基本光路,7,一）光路原理,

3、如圖23所示,如果反射鏡嚴(yán)格與光軸垂直，則十字線在分劃板上所成的像與原來的十字線完全重合。若反射鏡有一微小轉(zhuǎn)角 ，則十字線 的像將偏離原來的十字線，其偏離量的大小可 從測微目鏡6中讀出,一、高斯型自準(zhǔn)直儀,8,圖23 高斯型光學(xué)系統(tǒng) 1-反射鏡；2-物鏡；3-分劃板； 4-光源；5-分光鏡；6-目鏡,9,二）高斯型系統(tǒng)特點(diǎn),優(yōu) 點(diǎn)：高斯型系統(tǒng)是目鏡視場不受遮擋，且分劃板上的刻劃位于視場正中，觀察方便,缺 點(diǎn)：是亮度損失大，因而自準(zhǔn)直像較暗；另外，為安置分光鏡，目鏡焦距較長，因而無法獲得較大的放大倍數(shù),高斯型主要應(yīng)用于普通光學(xué)自準(zhǔn)直儀的光學(xué)系統(tǒng),10,二、阿貝型自準(zhǔn)直儀,一）光路原理,二）阿貝型

4、系統(tǒng)特點(diǎn),優(yōu) 點(diǎn)：是光強(qiáng)度大，亮度損失只有10-15% 缺 點(diǎn)：是它的視場被膠合棱鏡遮擋了一半，又因光管出射光和反射光的方向不同，當(dāng)反射鏡和物鏡間的距離超過一定數(shù)值后，反射光線就不能進(jìn)入物鏡成像，所以儀器工作距離較短。阿貝型應(yīng)用于光學(xué)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng),見圖24,11,1-物鏡；2-分劃板；3-棱鏡；4-光源；5-反射鏡,圖2-4 阿貝型光學(xué)系統(tǒng),若平面反射鏡對(duì)光軸產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)角 ，則十字線像將發(fā)生偏離，偏離量可從刻度尺上讀出,12,三、雙分劃板型自準(zhǔn)直儀,一）光路原理,如圖25所示,二）雙分劃板型系統(tǒng)特點(diǎn),優(yōu) 點(diǎn): 是視場不被遮擋，刻線可位于視場中央；目鏡焦距短，可獲得較大的放大倍率。另外目鏡和光源

5、可互換位置，給使用帶來方便。 缺 點(diǎn): 是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，亮度損失較大（介于前兩者之間,13,圖2-5 雙分劃板型光學(xué)系統(tǒng),若平面反射鏡對(duì)光軸有偏轉(zhuǎn)，將引起自準(zhǔn)直像偏離十字線，由測微機(jī)構(gòu)測出其偏離量，即可得出反射鏡對(duì)光軸的偏轉(zhuǎn)角,1-物鏡；2-指示分劃板；3-立方直角棱鏡；4-刻度分劃板,14,第三節(jié) HYQ03型自準(zhǔn)直儀,HYQ03型自準(zhǔn)直儀常稱平直度檢查儀，是國產(chǎn)自準(zhǔn)直儀中應(yīng)用較多的一種（以下稱平直度檢查儀,一、儀器光學(xué)系統(tǒng),一）光路原理,如圖26所示,思考：該平直度檢查儀的光學(xué)系統(tǒng)是屬于哪種基本光路,15,圖2-6 平直度檢查儀光學(xué)系統(tǒng),1-光源；2-濾光片；3-分劃板；4-立方直角棱鏡；

6、 5、6-反射鏡；7-物鏡；8-體外反射鏡；9-固定分劃板； 10-活動(dòng)分劃板； 11-目鏡； 12-測微螺桿；13-測微鼓輪,16,求偏離量t,見圖27,當(dāng)反射鏡8嚴(yán)格垂直于光軸時(shí)，十字線成像在固定分劃板9的正中央，對(duì)稱于字標(biāo)“10”，目鏡視場如圖27(a)所示。若反射鏡8對(duì)光軸有一微小傾角 ，則十字線像將偏離字標(biāo)“10”，如圖27（b）所示，偏離量t由自準(zhǔn)直原理可得,17,圖2-7 平直度檢查儀目鏡視場,18,二）測微原理,儀器的f物為400mm，測微螺桿12的螺距和固定分劃板9上刻線的分度間隔都是0.4mm，即測微螺桿每轉(zhuǎn)一圈，活動(dòng)分劃板10上的長刻線在固定分劃板9的刻度上移動(dòng)一格，其對(duì)

7、應(yīng)的反射鏡的傾角為,弧度,19,和測微螺桿12同軸相連的測微鼓輪13上有100格圓周刻度，每格代表反射鏡的傾角為0.005/1000弧度,當(dāng)十字線像偏離刻度“10”時(shí)，如圖27（b）,可轉(zhuǎn)動(dòng)測微鼓輪13，使長刻線再次夾在十字線象的正中如圖27（c）。長刻線移動(dòng)的距離，即十字線象的偏離量,20,二、儀器基本結(jié)構(gòu),一）外形結(jié)構(gòu),圖28為平直度檢查儀的外形圖,由圖可知，從外形儀器分為兩個(gè)部分,21,二）內(nèi)部結(jié)構(gòu),圖29為儀器的結(jié)構(gòu)示意圖,圖中14組成了測微目鏡部件，測量前可松開定位螺釘5，由于兩錐孔在圓周上互成90o ，可使整個(gè)目鏡頭就可精確地轉(zhuǎn)過90o,三）體外反射鏡結(jié)構(gòu),體外反射鏡是儀器的重要組

8、成部分,如圖210所示,調(diào)整三個(gè)調(diào)節(jié)螺釘6將反射鏡調(diào)整到嚴(yán)格垂直于鏡座面的位置上,22,圖2-9 平直度檢查儀結(jié)構(gòu),1-測微鼓輪；2-活動(dòng)分劃板；3-目鏡；4-固定分劃板；5-定位螺釘； 6-十字線分劃板（帶保護(hù)玻璃）；7-濾光片；8-光源；9-立方直角棱鏡； 10、11-體內(nèi)反射鏡；12-物鏡；13-體外反射鏡,23,圖2-10 體外反射鏡結(jié)構(gòu),1-反射鏡； 2-可動(dòng)板； 3-壓圈； 4-反射鏡座； 5-球頭螺釘； 6-調(diào)節(jié)螺釘 （共三個(gè),24,三、儀器的操作與使用,一）操作過程,1、將儀器主體放置在被測件的一端或被測件以外穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，反射鏡座放在被測件上，并且要與儀器主體在同一水平面內(nèi)；

9、 2、接通電源后，將反射鏡座靠近自準(zhǔn)直儀的主體，使反射鏡正對(duì)物鏡，使十字線像出現(xiàn)在目鏡視場的正中或附近； 3、仔細(xì)地沿測量方向移動(dòng)反射鏡座，在各預(yù)定測量位置上讀數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,25,二）注意事項(xiàng),1、當(dāng)體外反射鏡安放在橋板上時(shí)，儀器的線性分度值與橋板長度有關(guān),如,如,設(shè)橋板長度為B，儀器的線性分度值為S，如圖211所示，則,26,2、關(guān)于儀器的分度值,在儀器說明書中有表示為（1秒）。儀器物鏡的焦距f物為400mm，其分度值i應(yīng)為,儀器若按分度值為1”使用時(shí)，每一個(gè)分度就有0.03誤差。所測角值范圍較大，儀器仍按1”分度值使用時(shí)，要注意修正,27,4、在測量過程中，自準(zhǔn)直儀主體除在改變測位時(shí)

10、需要移動(dòng)之外，不能有任何位移，否則將嚴(yán)重影響測量結(jié)果,3、體外反射鏡對(duì)其底面是垂直的，一般在儀器出廠時(shí)都已調(diào)好。如需調(diào)整，可在精密平板上用自準(zhǔn)直儀觀測標(biāo)準(zhǔn)的垂直反射面，以此調(diào)整反射鏡。調(diào)整必須特別仔細(xì)，任何過重的壓力都足以使反射鏡變形甚至破損,28,三、儀器的主要技術(shù)參數(shù),1、分度值 0.005/10001角秒 2、物鏡焦距 400mm 3、目鏡放大倍數(shù) 20倍 4、示值范圍 500格 5、最大測距 5000mm 6、示值誤差 當(dāng)測微鼓輪不超過一圈時(shí) (0.5+0.01n)格 當(dāng)刻度鼓超過一圈時(shí) (1.5+0.01n)格 n-為測量時(shí)測微鼓輪轉(zhuǎn)過的格數(shù),29,四、儀器應(yīng)用實(shí)例,平直度檢查儀廣泛

11、用于精密測量與機(jī)床的調(diào)整等方面。下面介紹幾種平直度檢查儀單獨(dú)使用或與附件配合使用作精密測量的實(shí)例（有關(guān)測量數(shù)據(jù)的處理參見本書下冊(cè),一）測量直線度,圖2-12是用平直度檢查儀測量機(jī)床導(dǎo)軌直線度時(shí)的安裝示意圖,測量時(shí)，反射鏡依次由近到遠(yuǎn)移動(dòng)一個(gè)跨距L并首尾銜接，逐點(diǎn)進(jìn)行測量讀數(shù)。然后將反射鏡返回移動(dòng)，重新在各個(gè)位置上讀數(shù)，反射鏡返回移動(dòng)的位置應(yīng)與前者一致，取兩次讀數(shù)的平均值作為該次測量結(jié)果,30,圖2-12 檢測導(dǎo)軌直線度,1調(diào)整平臺(tái)；2平直度檢查儀；3體外反射鏡,31,二）測量平行度,1、兩端面平行度的測量,圖2-13為測量兩端面A與B平行度的示意圖,兩端面平行度的測量還可按圖2-14所示,2、

12、兩內(nèi)表面平行度的測量,圖2-15為測量兩內(nèi)表面的平行度示意圖,32,兩次讀數(shù)之差，即為兩端面的平行度誤差,1平直度檢查儀； 2反射鏡,圖2-13 測量兩端面平行度之一,33,測得兩十字影象的距離，即為兩表面的平行度誤差,1平直度檢查儀；2反射鏡,圖2-14 測量兩端面平行度之二,34,兩次讀數(shù)之差，即為兩表面的平行度誤差,圖2-15 測量兩內(nèi)表面的平行度,1、5反射鏡 2定位反射鏡 3五棱鏡 4平直度檢查儀,35,三）測量垂直度,1、兩平面垂直度的測量,當(dāng)兩被測垂直平面為圖2-17所示情況時(shí),此外還可以用五棱鏡，按圖2-18所示的方法進(jìn)行測量,如圖2-19所示,2、機(jī)床主軸與工作臺(tái)面垂直的測量

13、,如圖2-16所示,36,兩次讀數(shù)之差，即為兩個(gè)平面的垂直度誤差,1五棱鏡；2反射鏡；3平直度檢查儀,圖2-16 測量兩平面垂直度之一,37,兩次讀數(shù)之差，即為兩表面的垂直度誤差,圖 2-18測量測量兩平面垂直度之三,圖 2-17 測量測量兩平面垂直度之二,38,在機(jī)床主軸4上安放一個(gè)兩面平行雙向反射鏡3 轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，兩次讀數(shù)之差即為機(jī)床主軸和工作臺(tái)平面的垂直度誤差,1平直度檢查儀 2反射鏡 3兩面平行的雙面反射鏡 4主軸,圖2-19 軸線與平面垂直度的測量,39,第四節(jié) 光電自準(zhǔn)直儀與激光準(zhǔn)直儀,一、光電自準(zhǔn)直儀,儀器的光學(xué)系統(tǒng)如圖220所示,如果狹縫振動(dòng)中心與十字線像重合，則指示電表15的指

14、針指零，這就是瞄準(zhǔn)位置；如果狹縫中心偏離了十字線像，則指示電表的指針就離開零位。當(dāng)電表指針歸零時(shí)，刻度分劃板的刻線和十字線像了正好處于對(duì)準(zhǔn)的位置。這就是起到了精確瞄準(zhǔn)的作用,40,1光源；2聚光鏡；3分劃板；4-立方直角棱鏡；5-物鏡；6-反射鏡；7-振子；8-聚光鏡；9-狹縫；10-分光鏡；11-刻度分劃板；12-目鏡；13-光電元件； 14-測微鼓輪；15-指示電表,圖 220 儀 器 光 學(xué) 系 統(tǒng),41,二、激光準(zhǔn)直儀,激光準(zhǔn)直儀是利用激光具有能量高、方向性好等特點(diǎn)，提供了一條直線性極好的可見激光束，以作為測量基準(zhǔn)。激光準(zhǔn)直儀的測量距離大，測量精度高,圖221 為激光準(zhǔn)直儀的工作原理圖,激光準(zhǔn)直儀是用激光束作為測量的基準(zhǔn)，易受溫度和氣流等因素的影響。除了儀器本身要采取一些防范措施外，對(duì)其測量環(huán)境即防震、防熱、防氣流抖動(dòng)等都提出較高的要求